Вопрос №27 Тепловое излучение.

§6.19. Основные понятия.

Все тела в той или иной степени излучают электромагнитные волны. В зависимости от способа восполнения энергии святящегося тела различают следующие виды излучения:

1) хемилюминесценция – это свечение гниющего дерева или фосфора за счет химических превращений,

2) электролюминесценция – это свечение газового разряда (неон),

3) катодолюминесценция – это свечение твердого тела под действием падающего на него пучка электронов,

4) фотолюминесценция – это излучение тела при его облучении,

5) тепловое (температурное) излучение – это излучение, возникающее за счет внутренней энергии вещества.

Тепловое излучение изотропно, то есть, не поляризовано и равновероятно по всем направлениям. В отличие от других видов излучения, тепловое излучение является равновесным.

Абсолютно черное тело (АЧТ) – это тело, поглощательная способность которого равна единице для всех частот и температур. Абсолютно черное тело полностью поглощает все падающее на него излучение, независимо от направления падающего излучения, от его спектрального состава и поляризации, ничего не отражая и не пропуская.

испускательная способность тела (спектральная излучательная способность) – это поток энергии, испускаемой посредством электромагнитных волн с частотой от  до  + d единицей поверхности тела по всем направлениям.

(6.64)

Испускательная способность зависит от частоты волн, температуры тела, химического состава тела и от состояния его поверхности.

- поглощательная способность тела (спектральная поглощательная способность) – это отношение потока энергии, поглощенного единицей поверхности тела, к потоку энергии, падающему на единицу поверхности тела.

, (6.68)

где – это потоки энергии электромагнитных волн единичного интервала частот ( ).

Закон Кирхгофа: отношение испускательной способности тела к его поглощательной способности не зависит от природы тела и равно испускательной способности АЧТ при тех же значениях температуры и частоты.

(6.69)

где – испускательная способность абсолютно черного тела, или функция Кирхгофа.

Экспериментально полученная зависимость испускательной способности абсолютно чёрного тела имеет вид (рис. 6.45):

Вопрос№28 Законы теплового излучения абсолютно черного тела.

1) Закон Стефана – Больцмана.

Энергетическая светимость абсолютно черного тела пропорциональна четвертой степени его термодинамической температуры.

, (6.70)

где – постоянная Стефана – Больцмана.

2) Закон смещения Вина.

С повышением температуры абсолютно чёрного тела максимум его испускательной способности смещается в сторону более коротких волн.

, (6.71)

или , где – постоянная Вина;

– длина волны, соответствующая максимальному значению испускательной способности АЧТ.

3) Рэлей и Джинс на основе статической физики получили формулу для определения испускательной способности абсолютно чёрного тела:

, (6.72)

где c – скорость света в вакууме;

k – постоянная Больцмана;

kT – средняя энергия, приходящаяся на одну колебательную степень свободы осциллятора, излучающего электромагнитные волны.

Формула Рэлея – Джинса (ф. (6.72)) хорошо согласовывалась с экспериментальными данными только в области малых частот излучения (или больших длин волн). При малых длинах волн теоретическая кривая, рассчитанная по формуле Рэлея – Джинса, резко расходилась с экспериментальной (ультрафиолетовая катастрофа).