Законы теплового излучения. В силу общей природы электромагнитных волн основные законы, которым подчиняется излучение, являются для них общими

Закон Планка

В силу общей природы электромагнитных волн основные законы, которым подчиняется излучение, являются для них общими. Эти законы получены применительно к идеальному телу, которым является абсолютно черное тело, и термодинамически равновесному излучению. При равновесном излучении все тела, входящие в данную замкнутую излучающую систему, принимают одинаковую температуру.

Закон Планка является одним из основных законов излучения. Он устанавливает зависимость интенсивности излучения от температуры и длины волны:

, вт/м².

Здесь с₁ = 0, 321∙ 10^-15 ккал∙ м²/ч = 0, 374∙ 10^-15 вт∙ м² – первая постоянная Планка; с₂ = 1, 4388∙ 10^-2 м ∙ °К – вторая постоянная Планка; λ – длина волны, м; Т – абсолютная температура, °К.

Согласно уравнению каждой длине волны соответствует свое значение интенсивности излучения. Поскольку закон Планка получен для идеального тела, для реальных тел он выражает максимально возможную интенсивность излучения.

Закон Стефана-Больцмана

Закон Стефана-Больцмана устанавливает зависимость плотности интегрального полусферического излучения от температуры. Согласно этому закону количество тепла Q, излучаемого в единицу времени, пропорционально поверхности излучающего тела F и четвертой степени его абсолютной температуры Т. Для технических расчетов этот закон можно записать в следующем виде:

,

где С – коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом лучеиспускания.

Если Q выражено в вт, а F в м², то размерность коэффициента лучеиспускания

.

Наибольшее значение коэффициент лучеиспускания имеет для абсолютно черного тела:

C_s = 5, 68 вт/м² ∙ °К⁴.

Для других тел коэффициент лучеиспускания можно выразить через коэффициент лучеиспускания абсолютно черного тела:

С = ε С_s = 5, 68ε вт/м² ∙ °К⁴,

где величина ε, называемая степенью черноты тела, представляет собой отношение коэффициента лучеиспускания данного тела по отношению к коэффициенту лучеиспускания абсолютно черного тела.

Закон Кирхгофа

Закон Кирхгофа устанавливает связь между лучеиспускательной и поглощательной способностью тела. Согласно этому закону, поглощательная способность и степень черноты равны между собой:

ε = А,

где А ­– отношение поглощаемой телом лучистой энергии к общему ее количеству, падающему на тело.

Из закона Кирхгофа следует, что лучеиспускательная способность тела тем выше, чем больше его поглощательная способность. Этим и объясняется наивысшая лучеиспускательная способность абсолютно черного тела, так как для него А = 1, а следовательно, и ε = 1.

Наоборот, тела, хорошо отражающие лучистую энергию, сами излучают мало, а для абсолютно белого и абсолютно прозрачного тел лучеиспускательная способность равна нулю.

Теплообмен лучеиспусканием между телами

Тела не только излучают, но также поглощают и отражают энергию, излучаемую окружающими телами.

Количество тепла, отданного телом с абсолютной температурой Т₁ окружающим его более холодным телам с абсолютной температурой Т₂, составляет:

,

где ε – приведенная степень черноты системы, F – условная расчетная поверхность теплообмена.