Лекции по физике

Математическая физика

Примеры решения задач
Конспекты
Справочник по физике

Методика решения задач
по электротехнике

Основы электротехники
Методические указания
по решению
Основы электроники
 

Понятие о тепловом излучении.

Тепловое излучение это электромагнитное излучение, испускаемое веществом за счет его внутренней энергии. Все остальные виды свечения называются люминесценция.

Тепловое излучение наблюдается при Т > 0К и имеет сплошной спектр. Это единственное излучение, которое может находиться в термодинамическом равновесии с веществом.

Количественно тепловое излучение характеризуется следующими величинами:

излучательность Re физическая величина, численно равная энерги электромагнитных волн всевозможных частот, излученных за единицу времени с единицы площади поверхности тела: R = W / t * S (Вт/м2).

испускательная способность rn (rl) физическая величина, численно равная отношению энергии, излученной за единицу времени с единицы площади в узком интервале частот (от n до (n+dn)) или длин волн (от l до (l+dl)) к ширине этого интервала: (dW энергия, испускаемая за единицу времени с единицы площади в узком интервале n или l ) rn = dW / dn (Дж/м2); rl = dW / dl (Вт/м2). Причем rn ¹ rl, а rn = rl * с/V2 = rl * l2 / c.

Поглощательная способность аn безразмерная величина, показывающая какая доля энергии эл/м волн с частотами от от n до (n+dn), падающих на поверхность тела, поглощается ими: аn = dWпогл / dWпад £ 1.

Абсолютно черным телом называется тело, которое полностью поглощает все падающее на него излучение, ничего не отражая, и не пропуская: а*n = 1.

Закон Кирхгофа и его следствия. 

Рассмотрим тепловое излучение в полости между двумя плоскопараллельными пластинами одинаковой температуры, но из разных материалов.

a2n r1n dn энергия, поглощаемая в единицу времени единицей площади пластины 2.

a1n r2n dn энергия, поглощаемая в единицу времени единицей площади пластины 1.

Так как излучение равновесное: a2n r1n dn = a1n r2n dn Þ

r1n / a1n = r2n / a2n.

Можно обобщить на систему из nтел, т.е. чем больше испускательная способность тела, тем больше и его поглощательная способность.

r1n / an не зависит от природы излучающего тела, а является функцией от n(l) и температуры.

¦(n; Т) формула Кирхгофа.

Для абсолютно черного тела: r*n / a*n = {a*n =1} = ¦(n; Т) = r*n

Закон Кирхгофа: отношение испускательной способности тел к их поглощательной способности не зависит от природы излучающего тела, равно испускательной способности абсолютно черного тела и зависит от частоты температуры тела:

rn / an = r*n.

Испускательная способность тела всегда меньше испускательной способности черного тела при той же температуре rn < r*n.

Если тело не поглощает эл/м волны, то оно их и не излучает.

Закон СтефанаБольцмана.

Излучательность абсолютно черного тела пропорциональна четвертой степени его абсолютной температуры.

R*e = s * Т4, где s = 5,67 * 108 Вт/м2К4.

Закон смещения Вина.

nm (lm) частота (длина волны), на которую приходится max энергии в спектре излучения.

С ростом температуры nm стремится в сторону больших частот, а lm стремится в сторону более коротких длин волн.

lm, на которую приходится максимум энергии в спектре теплового излучения обратно пропорциональна абсолютной температуре излучающего тела.

lm = b/T, где b = 2,9 * 103 мК.

Квантование энергии излучения. Формула Планка.

Впервые правильное выражение для функции Кирхгофа удалось Планку. Он также рассмотрел модель полости с зеркальными стенками. При этом он полагал, что стенки состоят из атомов. Атомы он рассматривал как электрические диполи, которые совершают колебания со всевозможными частотами. И на основе этой модели 

r*n = 2 * p * n2 * <en> / c2 Þ

Связь между частотой и энтропией атомаосциллятора

<en> = ej / e ej / RT 1, где hn = ej

r*n = 2 * p * n2 * hn / (e ej / RT 1) * c2

На главную