Тепловое излучение

 Тепловое излучение

Нагретые тела излучают, кроме световых волн, также и невидимые – так называемые ультрафиолетовые и инфракрасные волны. Длина волны ультрафиолетовых волн меньше 4000 Å; длина волны инфракрасных волн больше 8000 Å.

Электромагнитное излучение, которое возбуждается тепловым движением атомов или молекул, называется тепловым излучением.

Распределение лучеиспускательной (излучательной) способности в спектре излучения абсолютно черного тела приводится на рис.1. Для построения использована косоугольная система координат с логарифмическими шкалами; по горизонтальной оси отложены длины волн, по наклонной оси – излучательная способность; цифры у соответствующих кривых указывают абсолютную температуру.

Рис.1. Излучение черного тела для различных температур

Тело, полностью поглощающее падающее на него электромагнитное излучение, называют абсолютно черным телом (или полным излучателем). Такое тело можно изготовить в виде полого ящика с малым отверстием.

Отношение мощности излучения с единицы поверхности тела к соответствующему интервалу длин его волн при данной температуре называется лучеиспускательной способностью тела E_λT.

Лучеиспускательная способность равна испускаемой с единицы поверхности мощности, которая приходится на единицу интервала длин волн при данной температуре.

Отношение мощности, поглощаемой единицей поверхности тела, к мощности падающего на эту поверхность потока излучения с единичным интервалом длин волн называется поглощательной способностью A_λT тела при данной температуре. Лучеиспускательная способность при данной температуре пропорциональна поглощательной способности при той же температуре (закон Кирхгофа):

1)

где

ελT

—

при данной температуре постоянная для всех тел величина.

Для абсолютно черного тела при всех длинах воли A_λT = 1 и, стало быть, E_λT = ε_λT.

Мощность излучения всех длин волн абсолютно черным телом (ε) пропорциональна четвертой степени абсолютной температуры T (закон Стефана–Больцмана):

2)

где коэффициент пропорциональности (постоянная Стефана–Больцмана)

На рис.1 видно, что наибольшая излучательная способность приходится на определенную длину волны λ_макс. Длина волны λ_макс, которой соответствует максимальная излучательная способность абсолютно черного тела, обратно пропорциональна абсолютной температуре T (закон смещения Вина):

3)

где

c1

—

постоянная, равная 0,2898 см·град.

Испускательная способность абсолютно черного тела:

4)

Соотношение (4) называется формулой Планка; здесь c – скорость света в вакууме, λ – длина волны, k – постоянная Больцмана, h – постоянная Планка. Графически функция (1) представлена на рис.1 (для различных температур).