Главная страница Случайная страница
КАТЕГОРИИ:
АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
Законы теплового излучения. Термодинамическое равновесное состояние. Закон Кирхгофа. Законы излучения черного тела.
|
|
Закон Кирхгофа
Отношение испускательной способности тела к его поглощательной способности не зависит от природы тела и есть величина постоянная для данной длины волны и температуры.
Тепловое излучение является равновесным – сколько энергии излучается телом, столь ее им и поглощается.
Для абсолютно черного тела, 
Отношение испускательной и поглощательной способностей любого тела равно спектральной испускательной способности абсолютно черного тела при той же температуре и длине волны.
Следствия из закона Кирхгофа:
1. Спектральная энергетическая светимость АЧТ является универсальной функцией длины волны и температуры тела.
2. Спектральная энергетическая светимость АЧТ наибольшая.
3. Спектральная энергетическая светимость произвольного тела равна произведению его коэффициента поглощения на спектральную энергетическую светимость абсолютно черного тела.
4. Любое тело при данной температуре излучает волны той же длины волны, которое оно излучает при данной температуре.
Закон Стефана-Больцмана
В 1879 году австрийские ученые Йозеф Стефан (экспериментально для произвольного тела) и Людвиг Больцман (теоретически для АЧТ) установили, что общая энергетическая светимость во всем диапазоне длин волн пропорциональна четвертой степени абсолютной температуры тела: 
, где 
– постоянная Стефана-Больцмана.
ЗаконВина
Согласно закону, длина волны λ max, на которую приходится максимум спектральной плотности энергетической светимости АЧТ, обратно пропорционален его абсолютной температуре Т: 
, где 
– постоянная Вина.
Максимум спектральной плотности при увеличении температуры смещается в сторону более коротких длин волн. Поэтому закон Вина называют законом смещения, применяется в оптической пирометрии– метода определения температуры по спектру излучения сильно нагретых тел, которые отдалены от наблюдателя. Именно этим методом впервые была определена температура Солнца (для 470 нм Т = 6160 К).
Спектральная плотность энергетической светимости черного тела. Идея Планка о механизме теплового излучения. Квант света. Формула Планка.
Закон излучения абсолютно черного тела.
Энергетическая светимость черного тела пропорциональна четвертой степени его термодинамической температуры ( 
), где – постоянная Стефана-Больцмана.
Согласно закону смещения Вина: длина волны lmax, на которую приходится максимум спектральной плотности энергетической светимости черного тела, обратно пропорциональна его термодинамической температуре Т: 
, где – постоянная Вина.
Испускательная способность (спектральная плотность энергетической светимости) 
АЧТ: 
Атомы и молекулы вещества излучают энергию определенными порциями энергии – квантами.
, где 
– постоянная Планка.
, где С1 и С2 – постоянные величины.
– закон Стефана-Больцмана.
, где с – скорость света; k – постоянная Больцмана.
Эта формула находится в соответствии с опытными данными во всем интервале длин волн при всех температурах.
Солнце – основной источник теплового излучения в природе, занимает широкий диапазон длин волн: от 0, 1нм до 10м и более. 99% – на диапазон от 280 до 6000нм, от 6000 до 500000нм – 0, 4% энергии Солнца. На единицу площади Земной поверхности приходится в горах от 800 до 1000 Вт/м2. До земной поверхности доходит одна двухмиллиардная часть тепла - 9, 23 Дж/см2. В атмосфере Земли большая часть ИК-излучения поглощается молекулами воды, кислорода, азота, диоксида углерода. Радиодиапазон тоже большей частью поглощается атмосферой.
Количество энергии, которую приносят солнечные лучи за 1с на площадь в 1 м2, расположенную за пределами земной атмосферы на высоте 82 км перпендикулярную солнечным лучам называется солнечной постоянной. Она равна 1, 4 
103 Вт/м2.
Спектральное распределение нормальной плотности потока солнечного излучения совпадает с таким для АЧТ при температуре 6000 градусов. Поэтому Солнце относительно теплового излучения – АЧТ.