Тепловое излучение

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Теплово́е излуче́ние — электромагнитное излучение, возникающее за счёт внутренней энергии тела[1]. Имеет сплошной спектр, максимум которого зависит от температуры тела. При остывании последний смещается в длинноволновую часть спектра. Тепловое излучение испускают, например, нагретый металл, земная атмосфера и белый карлик[1][2].

Причиной того, что вещество излучает электромагнитные волны, является устройство атомов и молекул из заряженных частиц, из-за чего вещество пронизано электромагнитными полями. В частности, при столкновениях атомов и молекул происходит их ударное возбуждение с последующим высвечиванием. Характерной чертой является то, что при усреднении коэффициента излучения по максвелловскому распределению, начиная с энергий kT, в спектре начинается экспоненциальный завал.[3]

В случае, если излучение находится в термодинамическом равновесии с веществом, то такое излучение называется равновесным. Спектр такого излучения эквивалентен спектру абсолютно чёрного тела и описывается законом Планка. Однако в общем случае тепловое излучение не находится в термодинамическом равновесии с веществом, таким образом более горячее тело остывает, а более холодное наоборот нагревается. Спектр такого излучения определяется законом Кирхгофа.

Основные понятия и характеристики теплового излучения[править | править вики-текст]

Энергетическая светимость тела[править | править вики-текст]

Энергетическая светимость тела -~R_T — физическая величина, являющаяся функцией температуры и численно равная энергии, испускаемой телом в единицу времени с единицы площади поверхности по всем направлениям и по всему спектру частот.

R_T = \frac{W}{tS}  ; ~[R_T]= Дж/с·м² = Вт/м²

Спектральная плотность энергетической светимости[править | править вики-текст]

Спектральная плотность энергетической светимости — функция частоты и температуры, характеризующая распределение энергии излучения по всему спектру частот (или длин волн).

R_T=\int\limits_0^\mathcal{1} r_{\omega,T} d\omega

Аналогичную функцию можно написать и через длину волны

R_T=\int\limits_0^\mathcal{1} r_{\lambda,T} d\lambda

Можно доказать, что спектральная плотность энергетической светимости, выраженная через частоту и длину волны, связаны соотношением:

r_{\omega,T}= \frac{\lambda^2}{2\pi c} r_{\lambda,T}

Поглощающая способность тела[править | править вики-текст]

Поглощающая способность тела — ~a_{\omega,T} — функция частоты и температуры, показывающая, какая часть энергии электромагнитного излучения, падающего на тело, поглощается телом в области частот ~d\omega вблизи ~\omega

a_{\omega,T}=\frac{d\Phi'_{\omega,T}}{d\Phi_{\omega,T}}

где ~d\Phi' — поток энергии, поглощающейся телом.

~d\Phi — поток энергии, падающий на тело в области ~d\omega вблизи ~\omega

Отражающая способность тела[править | править вики-текст]

Отражающая способность тела — ~b_{\omega,T} — функция частоты и температуры, показывающая какая часть энергии электромагнитного излучения, падающего на тело, отражается от него в области частот ~d\omega вблизи ~\omega

b_{\omega,T}=\frac{d\Phi''_{\omega,T}}{d\Phi_{\omega,T}}

где ~d\Phi'' — поток энергии, отражающейся от тела.

~d\Phi — поток энергии, падающий на тело в области ~d\omega вблизи ~\omega

Подробнее Альбедо

Абсолютно чёрное тело[править | править вики-текст]

Абсолютно черное тело — это физическая абстракция (модель), под которой понимают тело, полностью поглощающее всё падающее на него электромагнитное излучение

~a_{\omega,T}=1 — для абсолютно чёрного тела

Подробнее Абсолютно черное тело

Серое тело[править | править вики-текст]

Серое тело — это такое тело, коэффициент поглощения которого не зависит от частоты, а зависит только от температуры

~a_{\omega,T}=a_T<1 — для серого тела

Объемная плотность энергии излучения[править | править вики-текст]

Объемная плотность энергии излучения — ~U_T — функция температуры, численно равная энергии электромагнитного излучения в единицу объёма по всему спектру частот

Спектральная плотность энергии[править | править вики-текст]

Спектральная плотность энергии — ~U_{\omega,T} — функция частоты и температуры, связанная с объемной плотностью излучения формулой:

~U_T=\int\limits_0^\mathcal{1} U_{\omega,T}d\omega

Следует отметить, что спектральная плотность энергетической светимости для абсолютно чёрного тела связана со спектральной плотностью энергии следующим соотношением:

r_{\omega,T}=f(\omega,T)=\frac{c}{4}U_{\omega,T} — для абсолютно чёрного тела

Основные законы теплового излучения[править | править вики-текст]

См. также[править | править вики-текст]

Литература[править | править вики-текст]

  • Ташлыкова-Бушкевич И. И. Физика. Уч. пособие. В 2 ч. Ч. 2. Минск, 2008

Ссылки[править | править вики-текст]

  1. 1 2 М. А. Ельяшевич Теплово́е излуче́ние // Физическая энциклопедия / Д. М. Алексеев, А. М. Балдин, А. М. Бонч-Бруевич, А. С. Боровик-Романов, Б. К. Вайнштейн, С. В. Вонсовский, А. В. Гапонов-Грехов, С. С. Герштейн, И. И. Гуревич, А. А. Гусев, М. А. Ельяшевич, М. Е. Жаботинский, Д. Н. Зубарев, Б. Б. Кадомцев, И. С. Шапиро, Д. В. Ширков; под общ. ред. А. М. Прохорова. — М.: Советская энциклопедия, 1988—1999.
  2. Белый карлик.
  3. А.В. Засов, К.А. Постнов Излучение абсолютного черного тела // Общая астрофизика. — С. 32.