Thermal radiation

of the combined diffraction and interference pattern for 650-nm light waves striking two 3.0 μm slits located 9.0 μm apart.

vertical slits. At night, would cats be more successful in resolving
(a) headlights on a distant car, or
(b) vertically-separated lights on the mast of a distant boat?

or a compact disc, a diffraction pattern appears. This is due to the fact that both devices contain parallel tracks of information that act as a reflection diffraction grating. Which device, (a) record or (b) compact disc, results in diffraction maxima that are farther apart in angle?

of the matter and their ratios. Blackbody radiation. Stefan–Boltzmann law. Derivation of the Planck Distribution Law. Wien's displacement law. The Rayleigh–Jeans law.

absorptivity is the same for all bodies and universal function of frequency and temperature of the body, equals to the emissivity of the black body ε(ν,T).

cavity. Light, falling through the gap in the cavity after numerical reflections, will be practically almost absorbed by the walls and the gap outside will seem absolutely black.

If the cavity is heated up to some temperature T and inside the thermal equilibrium is established, then the own radiation of the cavity will be the radiation of the black body.

experimental data found that the integral radiance of the black body is proportional to the 4th degree of absolute temperature T:

In 1884 Boltzmann theoretically show this dependence from thermodynamical consideration. This law is the law of the Stephen- Boltzmann. Numerical method of the constant σ is
σ = 5,671·10–8 Вт / (м2 · К4).

Spectral density of radiation of the black body

the black body on the axis of the wavelength is reversely proportional to the body temperature.

b =0.2898.10-2м.оК=2898 мкм.оК

Wien's law

Magnitude of the spectral density of black body radiation proportional the temperature in 5th degree.

Where

А , а -proportional coefficients

bodies of the electromagnetic energy happen not continuously, as it was considered by classic physics, but finite portions – quants.

The spectral density of blackbody radiation

coincides with semiempirical Wien’s law. At low frequencies (hν << kT) Planck equation transfers to the Rayleigh–Jeans law.

of “grayness” of spectral ελ and integral ε radiation coefficient (don’t confuse withс ε (Т) – emissivity and ε- dielectric constant).

For calculation of radiation (luminosity) of real body on Stephen- Boltzmann law it used the ratio:

If the body is “gray”

If

The body is colors and there is additional optical phenomenon: interference, diffraction, luminescence.

Sometimes to estimate the reflection of radiance from the body it is convenient to use not the “gray” coefficient ε, but coefficient of whiteness «albedo»: α=1−ε

the surface dielectric-vacuum (depends on the wavelenght). Nλ is the refraction coefficient, ηλ is the index of refraction of the material, L is the thickness of dielectric layer.

At the condition. That all radiation, which doesn’t reflect from the edge of thick non transparent or semitransparent dielectric, absorbed in its thickness or on other edge.

: 1- rubber, 2- porcelain, 3-cork, 4-paper, 5 fire-clay.

Any material, covered by thin transparent dielectric layer, change its “gray” coefficient because of reflection of frontal waves, radiated body on the surface dielectric-vacuum and total internal reflection of oblique beams on this surface.

where εom is the integral radiation coefficient of the material, n is the index of refraction of films dielectric, σ angle of total internal reflection.

T, oK

5-silver.

Metal radiation coefficients

Metals, especially polished, have small radiation coefficient.

Radiation coefficient of metals Коэффициент излучения металлов uniquely connected with its index of reflection. The last one depends not only on concentration of unbound electrons and electron oscillation frequency, but on the scattering of oscillating electrons (their interaction with the impurities and defects) and magnetic permittivity of metal μ. Scattering is defined by conductivity of metals σ.

σ is electroconductivity of metals, с is the speed of light, ω is cyclic frequency of radiation.

ε as a function of the angle of observation
1 – black body; 2 – gray body; 3-5 – dielectrics with the indexes of refraction n=1.5; 2 and 4 respectively;
6 – metal.

the angle of observation

of solar radiance by film from copper oxide led to increase the radiation coefficient of solar radiance from λ =0.3-3мкм, the same time it possible to decrease the heat losses form λ =5-15мкм.

Color «ivory» (also snow and glass powder increase the heat because of high повышают теплоотдачу излучением за счёт высокой emissivity in the range λ =3-15 mkm, but looks like white in the visible range of the wavelength from λ =0.3-1mkm (all radiation in this range is reflected).

теплоприемнике. Яркость сфокусированного изображения не зависит от расстояния до объекта, если оно велико по сравнению с фокусным расстоянием объектива. Важно, чтобы создаваемое объективом изображение полностью перекрывало теплоприемник. Предварительно производится градуировка пирометра по абсолютно черному телу.

Поскольку энергетическая светимость реальной раскаленной поверхности при той же температуре меньше светимости абсолютно черного тела (в соответствии с законом Кирхгофа), измеренная радиационная температура оказывается меньше действительной.

В справочниках имеются соответствующие поправочные коэффициенты, учитывающие отличие светимости поверхностей реальных материалов от светимости абсолютно черного тела. Значения этих коэффициентов в свою очередь зависят от температуры.

которого измеряется, и нити лампы накаливания. Через красный светофильтр производится наблюдение (λ=660 нм). Применение пирометров обычно связано с металлургией. Производится наблюдение, например, окошка в стенки доменной или мартеновской печи. На фоне изображения светящегося окошка наблюдается нить лампочки накаливания. Регулируя ток через лампочку, добиваются уравнивания их яркостей в красном цвете. При этом нить лампочки становится невидимой - потому такой пирометр называют пирометром с “исчезающей” нитью. Пирометр градуиру-ется по абсолютно черному телу - при изменении тока накала по находящейся в поле наблюдения шкале считывается температура черного тела, при котором нить должна “исчезать”.

 

Поскольку светимость реального тела при той же температуре меньше, для достижения равенства яркостей черного и нечерного тел это последнее должно быть нагрето сильнее, измеренная яркостная температура тоже оказывается меньше действительной (Также как и у радиационного пирометра).

абсолютно черное тело. Поэтому температуру серого тела можно определить в соответствии с законом смещения Вина, определив длину волны λm, на которую приходится максимум излучения. Однако, вместо исследования всего спектра излучения, производятся измерения светимостей на двух различных частотах (при двух значениях длин волн) и по их отношению определяется температура тела - для черного тела при любой температуре это отношение известно. Этот пирометр отличается от радиационного тем, что наблюдения производятся через сменные светофильтры.

Объектив

окуляр

Приёмник

гальванометр

Раскалённый объект

Сменный светофильтр

Как правило, измеренная температура выше истинной, а показания ближе к истинным, чем у радиационного и яркостного методов измерения температуры.

«абсолютно черное тело».

Радиометр Крукса

hear sounds coming from the hallway. Yet you cannot see what is happening in the hallway. Why is there this difference? (a) Light waves do not diffract through the single slit of the open doorway. (b) Sound waves can pass through the walls, but light waves cannot. (c) The open door is a small slit for sound waves, but a large slit for light waves. (d) The open door is a large slit for sound waves, but a small slit for light waves.

of the combined diffraction and interference pattern for 650-nm light waves striking two 3.0 μm slits located 9.0 μm apart.

vertical slits. At night, would cats be more successful in resolving
(a) headlights on a distant car, or
(b) vertically-separated lights on the mast of a distant boat?