Характеристика теплового излучения

Излучение тела всегда сопровождается потерей энергии. Для того, чтобы излучение могло происходить длительное время, убыль энергии необходимо пополнять. Это может осуществляться, например, за счет химических процессов – хемилюминесценция, за счет энергии падающих фотонов – фотолюминесценция, за счет энергии электрического поля – электролюминесценция.

Тепловым излучением называют электромагнитное излучение, вызванное нагреванием тела. Интенсивность теплового излучения зависит от температуры тела, так как тепловое излучение – следствие хаотического теплового движения частиц тела и осуществляется за счет энергии этого движения. В отличие от люминесценции тепловое излучение – равновесное излучение. Равновесным излучением называют излучение тела, находящегося в состоянии термодинамического равновесия, при котором вся энергия, подводимая к телу от внешнего источника, теряется при излучении, вследствие чего температура тела остается неизменной.

Спектр теплового излучения сплошной. Однако доля энергии, приходящейся на разные участки спектра, зависит от температуры тела. При температуре 600⁰ - 700⁰ с максимум энергии излучения приходится на инфракрасную часть спектра (красное каление), но по мере повышения температуры тела смещается в сторону более коротких волн, и свечение становится белым.

Для характеристики теплового излучения вводятся следующие величины:

Ф –поток энергии – энергия, излученная телом за единицу времени, то есть

, единица измерения Вт (ватт);

R – интегральная плотность излучения – энергия, излучаемая с единицы поверхности тела за единицу времени, то есть

, единица измерения Вт/м²;

R –спектральная плотность излучения (спектральная испускательная способность) тела – энергия, излучаемая с единицы поверхности за единицу времени в единичном интервале длин волн (или частот), то есть

; .

Размерность ν_λ,Т (единица измерения):

; .

Интегральная плотность излучения связана со спектральной плотностью соотношением:

. (4.1)

Любое тело, окруженное другими телами, одновременно и поглощает энергию и отражает ее. Пусть из всей падающей на тело в единицу времени энергии Ф_λпад. монохроматического света в интервале длин волн от λ до λ-Δλ поглощается энергия Ф_λпогл., а отражается - Ф_λотр.. Если тело не прозрачно, то

. (4.2)

Поделим соотношение (15) на Ф_λпад., получим:

. (4.3)

Величину называют поглощательной способностью тела, а - отражательной способностью тела.

Из соотношения (16) следует, что для непрозрачного тела поглощательная и отражательная способности тела связаны соотношением:

. (4.4)

Если тело поглощает всю падающую на него энергию, совершенно не отражая ее, то есть , а , то тело называют абсолютно черным.

Тело, полностью отражающее всю падающую на него энергию, называют абсолютно белым. Для него , и .

Тело, у которого поглощательная способность меньше 1, но одинакова для всех длин волн, называют серым телом: .

У всех других тел поглощательная способность меньше 1 и зависит от длины волны и температуры тела. Безразмерные величины и иногда называют спектральными коэффициентами поглощения и отражения соответственно.