 |
Модуль 5. 6. Квантова фізика.. 6.1. Теплове випромінювання.
|
|
|
|
Модуль 5
6. Квантова фізика.
6. 1. Теплове випромінювання.
Тепловим випромінюванням називаються електромагнітні хвилі, які випускаються молекулами, атомами чи іонами поверхонь тіл при температурах вище 0 К. В тепловому випромінюванні можуть бути присутні хвилі всіх довжин від 0 до ¥. Максимум розподілення інтенсивності теплового випромінювання за частотами або довжинами хвиль, тобто спектра, з підвищенням температури переміщується в бік менших довжин хвиль і при Т > 900 К знаходиться в області чутливості ока (700-400 нм).
Джерелом енергії для теплового випромінювання є внутрішня енергія, яка зв’язана, наприклад, з тепловими коливаннями атомів в твердих тілах. Теплове випромінювання – один із видів передачі теплової енергії від більш нагрітих до менш нагрітих тіл. В вакуумі це єдиний засіб теплопередачі.
Основними енергетичними величинами, які характеризують теплове випромінювання, є потік енергії Ф, густина потоку енергії, яка припадає на одиницю площі R (вона називається також енергетичною світимістю) і Il - спектральна густина енергетичної світимості.
Потік енергії випромінювання:
або 
(6. 1)
Енергетична світимість:
або 
(6. 2)
це енергія, що нормально випромінюється з одиниці площі поверхні за одиницю часу, або потужність – з одиниці площі поверхні.
Спектральна густина енергетичної світимості в диференціальній і кінцево-різницевій формах:
або 
(6. 3)
характеризує розподіл R(l), тобто спектр енергетичної світимості, після інтегрування по l (або підсумовування по Dlі ):
|
|
|
. (6. 4)
Взаємодія падаючого електромагнітного випромінювання з речовиною характеризується рядом коефіцієнтів, таких як відбивання, поглинання, пропускання. Якщо по закону збереження енергії
,
де Іп – енергетична світимість поглинання,
Ів – енергетична світимість відбивання,
Іпр – енергетична світимість пропускання,
або для спектральної густини:
,
то інтегральні коефіцієнти визначаються як відношення
(6. 5)
а спектральні, відповідно, як
(6. 6)
при цьому виконуються умови: 
. Ці коефіцієнти безрозмірні.
Значення спектральних коефіцієнтів відбивання і пропускання в інтервалі довжин хвиль видимого світла (400-700 нм) визначають колір речовини у відбитих та пропущених променях. Якщо a чи al дорівнюють одиниці в будь-якому діапазоні довжин хвиль, тіла називаються абсолютно чорними. Це ідеалізація, яка реалізується в моделях. Реальні тіла є сірими. Для них a чи al менше одиниці. Коефіцієнти поглинання реальних тіл (рт) є також коефіцієнтами почорніння тіл, так як чим більше поглинання тіл, тим вони ближче до моделі абсолютно чорного тіла (ачт):
або 
(6. 7)
Для реальних тіл енергетичну світимість і спектральну густину енергетичної світимості визначити як теоретично, так і експериментально, досить складно. Функція, вигляд якої був експериментально встановлений Кірхгофом, спрощує задачу. Відповідно цій функції відношення енергетичної світимості реального тіла до його коефіцієнту поглинання
або 
(6. 8)
не залежить від властивостей тіл та властивостей поверхні, а є універсальною функцією температури. При цьому універсальні функції F(T) = Rачт, f(l, T) = 
, одержані при a = 1 або al = 1, рівні, відповідно, енергетичній світимості чи спектральній густині енергетичної світимості абсолютно чорного тіла.
|
|
|
Коефіцієнти поглинання досить просто визначити експериментально. Це спрощує знаходження енергетичних характеристик реальних тіл через характеристики моделі абсолютно чорного тіла, які протабульовані. При вивченні енергетичної світимості абсолютно чорного тіла були встановлені закони випромінювання абсолютно чорних тіл: Стефана-Больцмана, Віна, Планка та інші.
|
|
|
