Тепловое излучение
![]()
|
![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Первое представление о тепловом излучении связано со следующими наблюдениями: тела, нагретые до определенных, достаточно высоких температур – светятся. Теории: Максвелла; молекулярно-кинетическая; все тела состоят из молекул; молекулы находятся в непрестанном движении и взаимодействии. WКИН МОЛ + WПОТ МОЛ = WВНУТР Тепловое излучение – это излучение ЭМ волн, за счет внутренней энергии тела. Основные свойства теплового излучения: 1. Интенсивность. Излучают все тела и при любой температуре, выше абсолютного нуля. 2. Одновременность процессов излучения и поглощения 3. Стремление к тепловому равновесию. Количественные характеристики теплового излучения Процесс излучения: -Полная излучательная способность (лучеиспускательная способность/энергетическая светимость) EТ = W/t*S; [EТ] = [Вт/м2] Это энергия, излучаемая за единицу времени, с единицы площади поверхности данного тела, при данной температуре и на всех длинах волн. -Спектральная излучательная способность (спектральная плотность излучения) EλT = dET/dλ; [EλT] = [Вт/м3] ET = ![]() Это энергия, излучаемая за единицу времени с единицы площади поверхности, при данной температуре, на данной длине волны. EλT S=EТ λ Процесс поглощения: -Полная поглощательная способность (коэффициент поглощения) ET ПАД ET ОТР ET ПОГЛ AT = ЕТ ПОГЛ / ET ПАД AT – безразмерная величина -Спектральная поглощательная способность AλT = EλT ПОГЛ / EλT ПАД AλT – безразмерная величина 0≤ AT ≤1 0≤ АλT ≤1 АλT 1 λ На разные длины волн поглощательная способность разная. Абсолютно черное тело. Серые тела. Абсолютно черным называется тело, у которого спектральная поглощательная способность одинакова на всех длинах волн и равна 1. Также, это тело, которое поглощает все падающее излучение и ничего не отражает. Для экспериментального исследования теплового излучения была предложена модель черного тела, которая представляет собой узкое отверстие, попадая в которое лучи многократно отражаются. EλТ = f(λ; t) Серое тело – это тело, спектральная поглощательная способность которого одинакова на всех длинах волн, но меньше 1. Тело человека считают серым в ИК-области (AλT = 0.9). ACλT = const ACT = const ACλT <1 ACT <1 Закон Кирхгофа (1859) При тепловом равновесии, отношение спектральной излучательной способности к спектральной поглощательной способности одинаково, для всех тел, и является одной и той же универсальной функцией длины волны и температуры. 1т 2т Черн (EλT / AλT)1Т = (EλT / AλT)2Т =…= (EλT / AλT)черн = f(λ; t) – функция Киргхофа т.е. AλTчерн = 1. EλT / AλT = ЕλTчерн/1 EλT = AλT*EλT – 1 следствие -если AλT=0, то EλT = 0 (если тело не поглощает волны определенной длины, то оно и не излучает вол такой длины). -у любого, нечерного тела: AλT <1 EλT< ЕλTчерн Закон Кирхгофа справедлив для серых тел, и для полных излучательных способностей. EТСЕР = AТСЕР * EТчерн Доказательство: ЕТ = ![]() EТСЕР = ![]() ![]() ![]() Отметим, что f(λ; t) – функция Кирхгофа – Киргоф не дал аналитического выражения функции. И эта зависимость: EλTчерн = f(λ; t) была получена экспериментально на модели черного тела. EλT T2 T1 λ λE max2 λE max1 T2>T1 C повышением T, энергии излучается больше излучательная способность больше. Смещается максимум. Закон Стефана-Больцмана 1879/1884 – EТчерн = σ*T4, где σ – постоянная Стефана-Больцмана Полная излучательная способность абсолютно черного тела, прямопропорциональна его абсолютной температуре в четвертой степени. Закон Вина (закон смещения Вина)-1983 λE, T max – b/T Длина волны, на которую приходится max спектр излучательной способности абсолютно черного тела, обратно пропорциональна его абсолютной температуре. Максимум спектральной кривой смещается в сторону более короткой длины волны. При повышении температуры, в видимой области, свет светящегося тела меняется от красного до белого. Нахождение аналитического выражения функции Кирхгофа. Формула и выражение Планка. Гипотеза о квантах излучения – 1900 г. – дискретный характер излучения. ε = hν – гипотеза Планка f(λ; t) = (2πhC2/λ5) * (1/ehc/λkT -1), где k – постоянная Больцмана Тепловое излучение – это излучение квантов атомами и молекулами, возбужденными при их соударении в процессе теплового движения, т.е. за счет внутренней энергии. 1>1> |