Методические указания

Тема 1. Основные законы теплового излучения

Программа

Основные понятия и законы. Природа теплового излучения. Спектр излучения. Лучистый поток. Плотность лучистого потока. Интенсивность излучения. Поглощательная, отражательная и пропускательная способность тел. Классификация лучистых потоков: собственное излучение, отраженное, эффективное и результативное излучение, падающее и поглощенное излучение; их взаимная связь.

Законы излучения абсолютно черного тела: закон Планка, закон Вина,. Серое тело. Закон Стефана – Больцмана. Степень черноты. Закон Кирхгофа для монохроматического и интегрального излучения. Закон Ламберта.

Литература: [1, гл.16]

Методические указания

При изучении темы следует прежде всего различать излучение равновесное и неравновесное. Необходимо также твердо усвоить, что так называемые электромагнитные волны (видимые, тепловые и ультрафиолетовые лучи, лучи Рентгена, космические, гамма-лучи) имеют единую природу и отличаются только длинами волн. Следует усвоить основные понятия и определения: сплошной и селективный спектр, черное, цветное, серое излучение, интенсивность монохроматического излучения.

Необходимо различать черное (равновесное) излучение и излучение реальных тел. Равновесное излучение описывается законом Планка или законами Релея – Джинса и Вина (частные случаи). Закон Стефана – Больцмана и закон смещения Вина вытекают из закона Планка, первый – при его интегрировании, второй – при дифференцировании.

Излучение реальных тел следует рассматривать как приближенное к равновесному, описываемое формулами Планка, Вина и Стефана – Больцмана, которые отличаются от соответствующих одноименных законов черного излучения только опытными коэффициентами, называемыми спектральной степенью черноты или степенью черноты (интегральной), причем, для серых тел спектральные степени черноты одинаковы при всех длинах волн и равны интегральной степени черноты. Следует четко представлять себе закон Кирхгофа, с помощью которого устанавливается связь между поглощательной и излучательной способностью (степенью черноты) тел, в частности, равенство степеней черноты и поглощательной способности серых и черных тел, а также равенство спектральных значений степени черноты и поглощательной способности всех реальных тел.

В процессе изучения закона Ламберта о диффузном характере излучения необходимо получить ясное представление о пределах его применимости, учитывая, что излучение реальных тел, в частности металлов, существенно отличается от диффузного, вследствие чего различны по величине нормальная и полусферическая излучательные способности.

Вопросы для самопроверки

1. Может ли тело поглощать больше лучистой энергии, чем излучать?

2. Может ли отраженный лучистый поток быть больше падающего лучистого потока?

3. Одинаковы ли единицы, используемые для поверхностной плотности потока интегрального излучения и для спектральной плотности потока излучения?

4. Всегда ли тело, температура которого выше температуры окружающей среды, излучает энергии больше, чем поглощает?

5. Может ли возрастать спектральная плотность потока излучения при увеличении длины волны излучения?

6. Может ли убывать спектральная плотность потока излучения при увеличении длины волны излучения?

7. Может ли собственное излучение тела быть меньше отраженного этим телом излучения?

8. Может ли собственное излучение тела быть больше поглощенного этим телом излучения?

9. Может ли собственное излучение тела быть больше эффективного излучения этого тела?

10. Может ли собственное излучение тела быть больше потока результирующего излучения, направленного от тела?

11. Может ли в условиях равновесного излучения степень черноты тела отличаться по значению от поглощательной способности этого тела?

12. Всегда ли степень черноты тела и его поглощательная способность одинаковы?

13. Если растягивать раскаленную спираль электрической лампы накаливания, регулируя током постоянство температуры (и электрического сопротивления) спирали, то возможно ли при этом снижение силы тока?