 |
Поглощение излучения. Закон Бугера.
|
|
|
|
Под поглощением света понимают превращение энергии световой волны из электромагнитной формы во внутреннюю (тепловую) энергию среды, в которой проходит волна. Поглощение света описывается законом Бугера:
где I – интенсивность света, прошедшего через поглощающий слой; I o - интенсивность света, падающего на поглощающий слой; l - толщина поглощающего слоя, k - коэффициент поглощения.
Коэффициент поглощения k – физическая величина, обратно пропорциональная толщине поглощающего слоя, при прохождении которого интенсивность световой волны уменьшается в 
=2,72 раз. Зависит от природы и плотности вещества, а также длины волны.
Тепловое излучение. Энергетическая светимость. Спектральная плотность энергетической светимости. Монохроматический коэффициент поглощения. Абсолютно черное тело. Серое тело. Закон Кирхгофа. Закон Стефана-Больцмана. Закон смещения Вина. Оптическая пирометрия.
Тепловым излучением тел называется электромагнитное излучение, возникающее за счет той части внутренней энергии тела, которая связана с тепловым движением его частиц.
Основными характеристиками теплового излучения тел нагретых до температуры T являются:
1. Спектральная плотность энергетической светимости r(l, Т) на некоторой длине волны l - количество энергии, излучаемое единицей поверхности тела, в единицу времени в единичном интервале длин волн (вблизи рассматриваемой длины волны l). Эта величина зависит от температуры тела, длины волны, а также от природы и состояния поверхности излучающего тела. В системе СИ r(l, T) имеет размерность [Вт/м3].
2. Энергетическая светимость R ( T ) - количество энергии, излучаемой в единицу времени с единицы поверхности тела во всем интервале длин волн. Зависит от температуры, природы и состояния поверхности излучающего тела.
|
|
|
Энергетическая светимость R(T) связана со спектральной плотностью энергетической светимости r(l, T) следующим образом:
(1)
Размерность энергетической светимости в системе СИ - [Вт/м2]
3. К оэффициент монохроматического поглощения - отношение величины поглощенной поверхностью тела энергии монохроматической волны к величине энергии падающей монохроматической волны:
(2)
Коэффициент монохроматического поглощения является безразмерной величиной, зависящей от температуры и длины волны. Он показывает, какая доля энергии падающей монохроматической волны поглощается поверхностью тела. Величина a (l,T) может принимать значения от 0 (если тело полностью отражает излучение) до 1(если полностью поглощает, т.е. для абсолютно черного тела). Абсолютно черным телом называется тело, которое поглощает все падающее на него излучение (ничего не отражая и не пропуская).
Основные законы излучения абсолютно черного тела:
Закон Стефана-Больцмана: Энергетическая светимость абсолютно чёрного тела пропорциональна четвёртой степени его термодинамической температуры.
,
где Re — энергетическая светимость абсолютно черного тела, s — постоянная Стефана— Больцмана; Т — термодинамическая температура Кельвина.
Если тело не является абсолютно черным, то закон Стефана—Больцмана применяют в виде
,
где a— коэффициент (степень) черноты тела (a <1).
Закон смещения Вина: Длина волны, соответствующая максимальному значению спектральной плотности энергетической светимости абсолютно черного тела ( lmax ), обратно пропорциональна его температуре.
,
где l m — длина волны, на которую приходится максимум энергии излучения; b — постоянная Вина.
Для нечерных тел справедлив закон Кирхгофа:
для всех тел системы, находящихся в термодинамическом равновесии, отношение спектральной плотности энергетической светимости к коэффициенту монохроматического поглощения не зависит от природы тела, является одинаковой для всех тел функцией, зависящей от длины волны l и температуры Т.
|
|
|
(5)
Так как для абсолютно черного тела a(l, T)=1, то из формулы (5) следует, что универсальная функция f (l, T) представляет собой спектральную плотность энергетической светимости абсолютно черного тела. Выражение для нее предложил Планк
|
|
|
