Тепловое излучение

внутренней энергии.

Тепловое излучение − единственный вид излучения, кото-рый является равновесным. Все другие виды излучений (например, различные виды люминесценции) – нерав-новесные, т.к. требуют постоянного подвода энергии.

Поток излучения Ф − это энергия, излучаемая
нагретым телом со всей поверхности в единицу
времени:

Энергетическая светимость RT – это энергия, излучаемая
в единицу времени с единицы площади поверхности нагрето-го тела во всем интервале длин волн ( 0 < λ < ∞ ):

излучаемая
в интервале длин волн от λ до λ+dλ в единицу времени с еди-
ницы площади поверхности:

(или )

Связь между и : .

Энергетическая светимость является интегральной харак-
теристикой теплового излучения, а излучательная способ-
ность – его спектральной характеристикой.

единицу площади
поверхности тела в интервале длин волн от
λ до λ+dλ, которая им поглощается:

Тело, поглощающее при любой температуре все падающее на него излучение любой длины волны, называется абсолютно черным:

Тело, для которого поглощательная способность одинакова для всех длин волн и зависит только от температуры, называется серым:

не существует.
Поглощательную способность , близкую к единице, имеют:
угольная сажа;
платиновая чернь;
черный бархат, но только в огра-
ниченном интервале длин волн.

Модель замкнутой полости с малым отверстием бесконечно близка к абсолютно черному телу, т.к. проникшее внутрь излучение любой длины волны вследствие многократных отражений и поглощений практически полностью поглоща-ется стенками полости.
Пример: внутренность комнаты в яркий солнечный день при
наблюдении с улицы через открытое окно кажется темной.

природы тела, а является для всех тел универсальной функцией длины
волны и температуры:

Поскольку для абсолютно черного тела , то

Таким образом, универсальная функция Кирхгофа есть
излучательная способность абсолютно черного тела.

Следствия из закона Кирхгофа

Энергетическая светимость любого тела всегда меньше
энергетической светимости абсолютно черного тела при
той же температуре.
2. Если тело не поглощает энергию в некотором диапазоне
длин волн, то оно и не излучает ее в этом диапазоне.

Густав Кирхгоф
(1824 – 1887)

гетических светимостей серого и
абсолютно черного тел при темпе-
ратуре Т).

Анализ спектра излучения абсо-лютно черного тела позволяет
сделать выводы:
спектр излучения является
сплошным и имеет характер-ный максимум;
максимум спектральных кри-
вых с увеличением Т возрастает
и смещается влево.

термодинамической
температуры.

– постоянная Стефана-Больцмана.

Людвиг Больцман
(1844 – 1906)

Йозеф Стефан
(1835 – 1893)

Для серого тела:

энергетической светимости абсолютно черного тела, обратно пропорциональна абсолютной температуре этого тела.

– постоянная Вина.

Вильгельм Вин
(1864 – 1928)

объяснить распределение энергии в спектре излучения
абсолютно черного тела, используя методы классической тер-
модинамики.

– формула Рэлея – Джинса
(вытекает из закона о равномер-
ном распределении энергии по
степеням свободы молекул).

Этот результат был на-
зван «ультрафиолетовой
катастрофой».

отказаться от
применения законов классической физики при изучении процессов тепло-вого излучения в связи с его дискретной (прерывистой) физической природой.

Квантовая гипотеза М.Планка (1900 г.): атомные осциллято-
ры излучают энергию не непрерывно, а определенными пор-
циями (квантами), энергия которых пропорциональна часто-
те излучения.

h – постоянная Планка, h = 

Квантовая гипотеза М.Планка положила начало физике микромира (квантовой физике), законы которой отличны
от законов классической физики И.Ньютона-Д.Максвелла.

Макс Планк
(1858 – 1947)

Планка для спектральной плотности энергетичес-
кой светимости абсолютно черного тела:

Формула Планка блестяще согласуется с экспериментами
при любых частотах (длинах волн).

При (энергия кванта много меньше энергии теп-
лового движения) имеем: