 |
Тепловое излучение тел: механизм явления; излучательная и поглощательная способность тела, соотношение между ними; модель абсолютно черного тела
|
|
|
|
Теплово́е излуче́ние — электромагнитное излучение с непрерывным спектром, испускаемое нагретыми телами за счёт их тепловой энергии.
Примером теплового излучения является свет от лампы накаливания.
Мощность теплового излучения объекта, удовлетворяющего критериям абсолютно чёрного тела, описывается законом Стефана — Больцмана.
Отношение излучательной и поглощательной способностей тел описывается законом излучения Кирхгофа.
Тепловое излучение является одним из трёх элементарных видов переноса тепловой энергии (помимо теплопроводности и конвекции).
Равновесное излучение — тепловое излучение, находящееся в термодинамическом равновесии с веществом.
Абсолютно черное тело
Абсолютно черное тело — это физическая абстракция (модель), под которой понимают тело, полностью поглощающее всё падающее на него электромагнитное излучение
— для абсолютно черного тела
Поглощающая способность тела
Поглощающая способность тела — — функция частоты и температуры, показывающая, какая часть энергии электромагнитного излучения, падающего на тело, поглощается телом в области частот вблизи
где 
— поток энергии, поглощающейся телом.
— поток энергии, падающий на тело в области вблизи
Энергетическая светимость тела
Энергетическая светимость тела -- физическая величина, являющаяся функцией температуры и численно равная энергии, испускаемой телом в единицу времени с единицы площади поверхности по всем направлениям и по всему спектру частот. 
Дж/с·м²=Вт/м²
Основные законы теплового излучения тел: закон Стефана – Больцмана; формула смещения Вина; формула Рэлея Джинса; формула Планка
Излучение, причиной которого является возбуждение атомов и молекул вещества вследствие его теплового движения, называется тепловым, или температурным излучением. Отличительной чертой теплового излучения является то, что оно возникает за счет внутренней энергии тела. Тепловое излучение возникает в условиях детального равновесия в веществе для всех безызлучательных процессов, то есть различных типов столкновений частиц в газах и плазме, для обмена энергиями электронного и колебательного движений в твердых телах и т.д. Равновесное состояние вещества в каждой точке пространства – состояние локального термодинамического равновесия – характеризуется при этом значением температуры, от которого зависит тепловое излучение в данной точке.При полном термодинамическом равновесии все части системы имеют одну температуру, и энергия теплового излучения, испускаемого каждым телом, компенсируется энергией поглощаемого этим телом теплового излучения других тел. Когда тепловое излучение находится в равновесии с веществом, оно наз. равновесным излучением. Равновесным является тепловое излучение абсолютно черного тела. Абсолютно черное тело – тело, полностью поглощающее весь падающий на него поток излучения. Коэффициент поглощения абсолютно черного тела равен единице и не зависит от длины волны излучения.Для нечерных тел справедлив закон Кирхгофа: отношение спектральной плотности энергетической светимости любого тела 
к его спектральному коэффициенту поглощения 
при той же длине волны и температуре одинаково для всех тел.Так как для а.ч.т. 
= 1, то из закона Кирхгофа следует, что отношение 
/ 
для всех тел равно спектральной плотности энергетической светимости а.ч.т. 
при той же температуре и длине волны:
|
|
|
Функции Планка изображаются кривыми, имеющими максимум при некоторой частоте (длины волны) и асимптотически стремящимися к нулю при 
и при 
. Дифференцируя функцию Планка по частоте (длины волны) и приравнивая производную нулю, можно определить положение максимума. Оно определяется законом смещения Вина:
|
|
|
,
где b = 2,896.10-3 м.К.
Энергию можно определить, интегрируя формулу Планка по длине волны (частоте). В результате интегрирования от 0 до 
получается полная объемная плотность энергии – закон Стефана-Больцмана:
, где 
,
и полная излучательная способность а.ч.т.:
,
где 
Вт/(м2.К4) постоянная Стефана-Больцмана.
Спонтанное и вынужденное излучение; вероятности спонтанных и вынужденных переходов; коэффициенты Эйнштейна; резонансное усиление света при инверсной заселенности энергетических уровней; методы создания инверсной заселенности в различных средах
Излучение, испускаемое при самопроизвольном переходе атома из одного состояния в другое, называется спонтанным. Спонтанное излучение различных атомов происходит некогерентно, так как каждый атом начинает и заканчивает излучение независимо от других. В 1916 Эйнштейн предсказал, что переходы электрона в атоме с верхнего энергетического уровня на нижний с испусканием излучения могут происходить под влиянием внешнего электромагнитного поля. Такое излучение называют вынужденным или индуцированным.
|
|
|
