Основные понятия и определения теории излучения. Закон Кирхгофа. Тепловым излучением называется электромагнитное излучение, испускаемое телом за счет его внутренней энергии.
Излучение характеризуется длиной волны λ и частотой ω. Эти величины связаны: λ=2 π с/ ω. При изучении законов теплового излучения используют модельную систему, в которой распределение энергии между телом и излучением остается неизменным для каждой длины волны (или частоты). Такое состояние системы “тело – излучение” называется равновесным.
Энергетической светимостью тела R называется поток энергии, испускаемый единицей поверхности тела по всем направлениям. Введем такие характеристики излучения, как r (ω,) – θ спускательная способность тела, а (ω,Т) – поглощательная способность тела. В 1860 г. Густав Кирхгоф, один из первых исследователей теплового излучения, сумел доказать, что отношение испускательной и поглощательной способностей тела не зависит от его природы, а является для всех тел одной и той же (универсальной) функцией частоты и температуры. r/а = f (ω,) или (r/а)1 = (r/а)2 = (r/а)n = f (ω, ) Одно из основных понятий теплового излучения – абсолютно черное тело. Т.е. тело, которое поглощает всю, падающую на него энергию, ни сколько энергии не отражает, а только излучает.
Теоретическое объяснение законов излучения абсолютно черного тела имело огромное значение в истории физики – именно оно привело к понятию о квантах энергии. Модель абсолютно черного тела Абсолютно черных тел в природе не существует.
Есть вещества (например, сажа или платиновая чернь), поглощательная способность которых близка к единице, но только в некоторых частотах. Однако можно создать устройство, сколь угодно близкое по своим свойствам к абсолютно черному телу. Это почти замкнутая полость с маленьким отверстием.
Излучение, проникшее внутрь через отверстие, прежде чем выйти обратно, претерпевает многократные отражения. При каждом отражении часть энергии поглощается, в результате чего почти все излучение любой частоты поглощается такой полостью. j (λ, ), Вт/м 3 λ,μ Т 1 > Т 2 > Т 3 Экспериментальные кривые зависимости испускательной способности абсолютно черного тела от длины волны и температуры.
Из рисунка следует, что энергетическая светимость абсолютно черного тела сильно возрастает с температурой.максимум испускательной способности с увеличением температуры сдвигается в сторону более коротких волн. Т.о по закону Кирхгофа функция частоты и температуры f(ω,) есть не что иное, как испускательная способность абсолютно черного тела (r ч.т.). r/а = f(ω,Т) а ч.т.≡1 r ч.т .= f(ω,) 3.