ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ТЕПЛОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ.
ПОНЯТИЕ АБСОЛЮТНО ЧЁРНОГО ТЕЛА .
Природа и свойства теплового излучения.
Тела, нагретые до достаточно высокой температуры, приобретают способность светиться. Например, раскаленные жидкие или твердые тела испускают белый свет, обладающий сплошным светлым спектром частот. По мере понижения температуры тела не только уменьшается интенсивность его излучения, но и изменяется спектральный состав излучения. В нем все сильнее обнаруживается преобладание длинных волн (красных и инфракрасных). При дальнейшем охлаждении тела излучение им видимого света вообще прекращается – тело испускает лишь не видимые глазом инфракрасные лучи.
В 1800 г. английский астроном Вильям Гершель, открывший планету «Уран», исследовал обычным ртутным термометром распределение энергии в солнечном спектре, который был получен при протекании луча через призму. Поместив термометр за пределы красного цвета, он неожиданно обнаружил повышение температуры.
Так было открыто невидимое невооружённым глазом тепловое инфракрасное излучение.
Тепловое излучение - это электромагнитное излучение, возникающее вследствие преобразования теплового движения части тела в энергию излучения. Оно свойственно всем телам при температуре выше 0 К.
Если энергия, расходуемая телом, на тепловое излучение, не восполняется за счёт соответствующего количества теплоты, подведённой к телу, то его температура постепенно понижается, а тепловое излучение уменьшается.
Свойства теплового излучения.
1. Любое тело, температура которого отличается от абсолютного нуля, излучает лучистую энергию (энергию электромагнитного излучения).
При небольших температурах, сравнимых с комнатной, интенсивность излучения мала.
На долю лучей видимой части спектра приходится также небольшая энергия. И тела видны в отражённом свете. С повышением температуры интенсивность излучения резко возрастает.
2. Тело, излучающее лучистую энергию, охлаждается, а поглощающее лучистую энергию нагревается (лучепоглащение).
3. Тепловое излучение имеет сплошной спектр, который представлен непрерывным рядом l. При изменении температуры тела меняется спектральный состав излучения и распределение энергии по участкам спектра.
Нагревая какое – либо тугоплавкое тело до Т = 800 К, можно наблюдать появление красной окраски свечения. Энергия в спектре преимущественно приходится на красно-оранжевую часть - l большая (v – мала). При повышении температуры до Т » 1800 К свечение переходит в белое каление (весь сплошной спектр).
4. При одной и той же температуре тела, поглощающие свет, излучают больше, чем прозрачные для света тела.
5. Тепловое излучение – единственное излучение, способное находиться в термодинамическом равновесии с веществом. Такое излучение называется равновесным, устанавливается в адиабатно замкнутой (теплоизолированной) системе, все тела которой находятся при одной и той же температуре.
6. При термодинамическом равновесии энергия, расходуемая каждым из тел системы на тепловое излучение, компенсируется вследствие поглощения этим телом такого же количества энергии падающего на него излучения.
Нетепловое излучение всегда не равновесно. Итак, тепловое излучение – это электромагнитное излучение, испускаемое телом, находящимся в состоянии термодинамического равновесия.
Для количественной оценки процессов испускания и поглощения лучистой энергии вводятся следующие характеристики:
Характеристики теплового излучения.
1. Поток излучения – лучистая энергия, излучаемая телом в единицу времени при данной температуре:
d 
(1)
2. Излучательность (энергетическая светимость) – лучистая энергия, излучаемая в единицу времени с единицы площади поверхности тела при данной температуре:
d 
(2)
3. Для характеристики распределения энергии в спектре введена спектральная плотность излучательности (спектральная плотность энергетической светимости) – лучистая энергия, излучаемая телом в единицу времени с единицы площади поверхности тела в единичном интервале длин волн (частот) при данной температуре:
(3)
где dWизл- энергия ЭМ излучения, испускаемая телом при данной температуре в интервале длин волн от λ до λ+dλ (или частот от ν до ν+ dν).
(3а)
(4)
Можно показать, что:
(5)
Излучательность в узком интервале длин волн dl.
Зная зависимость спектральной плотности излучательности от длины волны (частоты), можно найти энергетическую светимость:
Из 3а 
4. Способность тела поглощать энергию излучения характеризуют коэффициентом поглощения, равным отношению потока излучения, поглощенного данным телом, к потоку излучения, упавшего на него:
(6)
(6,а)
 |
Рис.2
На основании закона сохранения энергии 
- коэффициент поглощения;
- коэффициент пропускания;
- коэффициент отражения;
(7)
, 
, 
- зависят от l падающего излучения, температуры тела, химического состава вещества тела и состава его поверхности.
Для монохроматического излучения (l = const) они называются спектральными коэффициентами и обозначаются 
, 
.
(8)
Коэффициенты поглощения (, 
) принимают значения от 0 до 1. Величины и зависит от природы тела, его термодинамической температуры и при этом различаются для измерений с различными длинами волн (частот).
Зависимость от длины волны обуславливает окраску освещаемого тела. Если какое либо тело интенсивно поглощает все падающие на него лучи кроме, например, зеленых, то при освещении его белым светом оно будет отражать только зеленые лучи, т.е. иметь зеленую окраску. Однако при освещении такого тела монохроматическим, но не зеленым светом такое тело ничего не отражает и будет представляться просто черным.
Тело, которое абсолютно не поглощало бы излучение и полностью отражало все падающие на него лучи, называется идеальное зеркало:
= 0; .
Тело спектральный коэффициент поглощения которого одинаков для всех длин волн, называется серым
