Полезное:
Как сделать разговор полезным и приятным
Как сделать объемную звезду своими руками
Как сделать то, что делать не хочется?
Как сделать погремушку
Как сделать так чтобы женщины сами знакомились с вами
Как сделать идею коммерческой
Как сделать хорошую растяжку ног?
Как сделать наш разум здоровым?
Как сделать, чтобы люди обманывали меньше
Вопрос 4. Как сделать так, чтобы вас уважали и ценили?
Как сделать лучше себе и другим людям
Как сделать свидание интересным?
Категории:
АрхитектураАстрономияБиологияГеографияГеологияИнформатикаИскусствоИсторияКулинарияКультураМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОхрана трудаПравоПроизводствоПсихологияРелигияСоциологияСпортТехникаФизикаФилософияХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника
|
Краткая теория исследуемого явленияТемпературным или тепловым излучением называется излучение нагретых тел. При этом энергия теплового движения частиц тела непрерывно переходит в энергию испускаемого электромагнитного излучения. Основной количественной характеристикой теплового излучения является его интегральная энергетическая светимость (излучательность) R, т. е. энергия излучения, испускаемая единицей поверхности тела в единицу времени. Она зависит от температуры и природы тела. Эта энергия уносится электромагнитным излучением, имеющим сплошной спектр (0< < ), причем интенсивность излучения различна в разных участках спектра. Энергия излучения с длиной волны от до l + d l, испускаемого единицей поверхности излучающего тела за единицу времени, пропорциональна величине выделенного интервала длин волн Dr = r l ,T d l. (1) Здесь r l ,T – спектральная плотность энергетической светимости тела, т.е. энергия, излучаемая единицей поверхности в единицу времени и приходящаяся на единичный интервал длин волн; r l ,Т зависит от длины волны и температуры тела Т. Если тело частично поглощает падающее на его поверхность излучение, то отношение поглощенной телом энергии к падающей называется его коэффициентом поглощения а l ,Т . Тело, которое полностью поглощает падающее на него излучение, называется абсолютно черным. Для абсолютно черного тела а l ,Т,S = 1 для всех длин волн. Для всех реально существующих тел а l ,Т,S < 1, т.е. абсолютно черных тел в природе нет, а абсолютно чёрное тело – научная абстракция. Однако, моделью абсолютно черного тела может служить поверхность малого отверстия, ведущего в замкнутую полость, диаметр которого порядка 0,1 поперечника полости. Излучение, проникающее через отверстие, падает на стенки полости, частично ими поглощается, рассеивается или отражается, вновь падает на стенки и т.д. Повторные поглощения на стенках приводят к тому, что практически весь свет любой частоты поглощается такой полостью. Если нагревать такую модель, то излучение, возникающее внутри полости и выходящее через отверстие, можно принять за излучение абсолютно черного тела. Согласно установленному Киргофом закону отношение спектральной плотности энергетической светимости любого температурного источника при произвольной длине волны и температуре к его коэффициенту поглощения (при тех же значениях и ) не зависит от свойств излучающего материала. Оно для всех одинаково и равно спектральной плотности равновесного излучения абсолютно черного тела r l ,Т,S: . (2) Вид функции r l ,,Т,S был установлен Максом Планком в 1900 году, исходя из предположения, что излучение испускается телами не непрерывно, а отдельными порциями – квантами. Энергия кванта по гипотезе Планка где ν – частота колебаний; h – постоянная, получившая название постоянной Планка.
Формула, полученная Планком, имеет вид: . (3) Здесь с – скорость света; Т – абсолютная температура излучающего абсолютно черного тела; k – постоянная Больцмана, равная 1,38.10-23 Дж/К. При определении величины r l ,,Т,S для температур порядка 1000 К и длин волн видимого света формула Планка несколько упрощается, так как в знаменателе можно пренебречь единицей по сравнению с , и формулу (3) можно записать в виде (4) На рис.1 приведены кривые зависимости rl,Т,S от длины волны при различных температурах. l макс Видимая область Рис. 1
Из формулы Планка можно получить следующие законы теплового излучения абсолютно черного тела. 1. Закон Стефана – Больцмана: полная энергетическая светимость абсолютно черного тела пропорциональна четвертой степени его термодинамической температуры: RS = s .T 4, (5) где коэффициент пропорциональности s – постоянная величина. Излучение нечерных тел подчиняется такой же закономерности, однако их излучение для каждой длины волны в раз меньше, чем для абсолютно черного тела (6) 2. Закон смещения Вина: положение максимума излучательной способности абсолютно черного тела при повышении температуры смещается в сторону коротких длин волн. Длина волны, на которую приходится максимум r l ,Т,S, обратно пропорциональна абсолютной температуре тела: (7) Здесь = 2.9*10-3м К – постоянная первого закона Вина. 3. Второй закон Вина: максимальное значение энергетической светимости абсолютно черного тела (r макс) прямо пропорционально пятой степени его термодинамической температуры: r макс = . (8) Здесь = 1,3*10-5 В т/(К-5. м-5) – постоянная второго закона Вина.
|