Тепловое излучение

Тепловое излучение

Тела, имеющие высокую температуру, светятся. Такое свечение вызванное нагреванием называют тепловым излучением. Данный тип излучения является самым распространённым. Его причина -- тепловое движение атомов (молекул) и наличие у них энергии. Тепловое излучение имеется у всех тел, температура которых выше 0К. Данное излучение характеризует сплошной спектр. Расположение максимумов этого спектра зависит от температуры. Если температуры имеют большие значения, то излучение имеет в своем составе короткие волны (видимые и ультрафиолетовые), если температуры низкие, то спектр в составе имеет в основном длинные волны.

Тепловое излучение относится к равновесным типам излучения. Равновесное тепловое излучение возникает в адиабатной системе, температура всех тел системы в таком случае одинакова. В состоянии равновесия для реализации излучения телом расходуется энергия, но она компенсируется за счет энергии, других тел системы. Для равновесного теплового излучения выполняется правило Прево: Если тела при равных температурах поглощают за единицу времени различные количества энергии, то и излучение их при такой же температуре отлично. Тепловое излучение связано с температурой тела и его оптическими свойствами.

Количественно тепловое излучение описывают, используя: спектральную плотность энергетической светимости (излучательности) тела, интегральную энергетическую светимость (интегральная излучательность), спектральную поглощательную способность.

Излучательная способность вещества

Спектральной плотностью энергетической светимости вещества -- называют мощность излучение исходящую с единицы площади поверхности объекта в интервале частот, равном единице:

где $dW^{izl}_{\nu ,\nu +d\nu }$- мощность электромагнитного излучения с единицы поверхности в интервале от $\nu$ до $\nu +d\nu$.

Единицей $R_{\nu ,T}$ является $\frac{Дж}{м^2с}$. Существует формула перехода от $R_{\nu ,T}\ $ к $R_{\lambda ,T}$ и наоборот:

$R_{\nu ,T}$ -- зависима от природы тела, его температуры, различны для отличающихся частот.

Используя величину $R_{\nu ,T}$ получают интегральную энергетическую светимость (интегральную излучательность) или энергетическую светимость вещества ($R_T$):

Поглощательная способность вещества

Спектральной поглощательной способностью вещества ($A_{\nu ,T}$) определяют возможность предметов поглощать падающее на них излучение:

Величина $A_{\nu ,T}$ показывает долю поглощаемой энергии, от энергии, которая приносится за единицу времени на единицу площади поверхности тела волнами, падающими на поверхность с частотами от $\nu$ до $\nu+d$ $\nu$. Параметр $A_{\nu ,T}$ безразмерный. $A_{\nu ,T}$ -- зависит от природы тела, его температуры, различны для отличающихся частот.

Закон Кирхгофа

Взаимосвязь спектральной плотности энергетической светимости и спектральной поглощательной способности тел устанавливает закон Кирхгофа:

где $r_{\nu ,T}$ -- универсальная функция Кирхгофа, которая не зависит от природы вещества и универсальная функция частоты (длины волны) и температуры. Она же - спектральная плотность энергетической светимости черного тела.

Из выражения (5) следует, что $R_{\nu ,T}$ -- всегда меньше спектральной плотности энергетической светимости черного тела при заданных частоте и температуре ($A_{\nu ,T}

Применяя выражение (5) можно записать:

Для серого тела имеем:

где

где $R_e$ -- энергетическая светимость черного тела, которая зависит только от температуры.

Используя закон Кирхгофа можно определять природу излучения, так как он описывает только тепловое излучение.