15.Тепловое излучение. Его характеристики: энергетическая светимость, спектральная плотность, их взаимосвязь. Закон Стефана-Больцмана.

Тепловое излучение – энергия электромагнитного излучения, испускаемого телом по всевозможным направлениям в единицу времени, в единице сечения.

Среднюю мощность излучения за время, значительно большее периода световых колебаний, принимают за поток излучения Ф. В СИ он выражается в ваттах (Вт).

Энергетическая светимость R_e- поток излучения, испускаемый 1 м² поверхности. Выражается в ваттах на квадратный метр (Вт/м²).

Спектральная плотность энергетической светимости тела r_λ – величина, равная отношению энергетической светимости узкого участка спектра к ширине этого участка, Вт/м³.

Нагретое тело излучает электромагнитные волны различной длины волны. Энергетическая светимость, соответствующая выделенному интервалу от λ до λ+dλ, пропорциональна ширине интервала:

dR_λ= r_λdλ

Зависимость спектральной плотности энергетической светимости от длины волны называют спектром излучения тела.

Закон Стефана-Больцмана: энергетическая светимость черного тела пропорциональна четвертой степени его термодинамической температуры:

R_e⁰=σT⁴

Величина σ – постоянная Стефана-Больцмана.

Можно качественно проиллюстрировать на разных телах (печь, электроплита и др.): по мере их нагревания ощущается все более интенсивное излучение. Закон позволяет, регистрируя излучение тел, определять их температуры (оптическая пирометрия).

16. Поглощение теплового излучения. Коэффициент поглощения. Понятие абсолютно черного тела. Закон Кирхгофа.

Поглощающая способность тела – отношение электромагнитного излучения, поглощенного телом, и энергии излучения, падающего на тело.

Характеризуется коэффициентом поглощения:

Α= Е_погл/Е_пад

Коэффициент поглощения зависит от длины волны. Может принимать значения от 0 до 1. Особенно хорошо поглощают излучение тела черного цвета; плохо – с белой поверхностью и зеркала.

Черное тело – тело, коэффициент поглощения которого равен единицу для всех длин волн (частот).

Черных тел в природе нет. Моделью черного тела является маленькое отверстие в замкнутой непрозрачной полости. Луч, попавший в это отверстие, многократно отразившись от стенок, почти полностью будет поглощен.

Закон Кирхгофа: при одинаковой температуре и длине волны отношение спектральной плотности энергетической светимости к коэффициенту поглощения одинаково для любых тел, в том числе и для черных.

(r_λ/α_λ)₁=(r_λ/α_λ)₂=…=ε_λ/1

Где ε_λ – спектральная плотность энергетической светимости черного тела.

Закон Кирхгофа может быть записан и в таком виде:

r_λ/α_λ = ε_λ

значит равносильно:

r_λ = α_λ ε_λ.

Так как для любого тела (нечерного) α_λ < 1, то из выражения следует, что спектральная плотность энергетической светимости любого тела меньше спектральной плотности энергетической светимости черного тела при той же температуре. Черное тело при прочих равных условиях является наиболее интенсивным источником теплового излучения.