Вопрос 28. Тепловое излучение тел. Хар-ки теплового излучения. Черное тело. Серое тело. Закон Кирхгофа

Из всего многообразия эл-м излучений видимых или невид чел гл можно выд одно, кот присущ всем телам – это тепловое излучение. Тепл из – эл-маг изл, испускаемое в-вом и возник за счет его внутр энергии. Тепл изл обусл возбуждением частиц в-ва при соудар в проц тепл движения или ускор движ частиц (колеб ионов крист решетки, тепловое движ св э-нов и др). Оно возн при любых темп выше 0К, и поэтому присуще всем телам.

Хар-ки тепл излуч:

1. Поток излучения (Ф) – энергия, кот излучает все тело за ед времени (Дж/с=Вт)

2. Энерг светимость (R_e) – это энергия тепл излуч, испуск с ед пов-ти нагретого тела за ед времени. R_e=Ф/S(Вт/м²)

И поток излуч, и энерг свет зат от природы в-ва и тем-ры: Ф=Ф(Т), R_e=R_e(Т). Энерг свет R_e охв весь диапазон длин испускания волн (теор от 0 до ∞). Однако, часто треб опред, какой вклад в эн тела, вносят длины опр диапазона (например: отλ₁ до λ₂). Для ответа исп спец ф-цию. Обозначим эн тепл излуч, испускаемой при данной Т ед пов-тью за 1с в узком интервале длин волн от λ до λ+dλ через dR_e. Спектром пл-ти эн светимости (r или испускательной светимостью) назыв отн энерг светимости в узком участке света к ширине этого участка: r_λ=dR_eλ/dλ. Поясним физ смысл этой вел-ны: пусть dλ=1м, тогда r_λ=dR_eλ. Поэтому спектр пл-ть показ вел-ну энергии, излуч за ед времени с ед пов-ти в интервале длин волн шириной 1м (от λ до λ+1м)[Вт/м³].

Но тела не только узлуч, но и погл тепл излучение:

1. Абсолютно черное тело – это такое тело, коэф погл, кот равен 1 для всех длин волн (α=1). Оно поглащ все попадающие на него излуч, хотя тел, кот явл абс черными в природе нет, но нетрудно постр дост хор модель аб черного тела – мал отверстие в замкнутой, непрозрачной п-ти со стенками, покр сажей.

2. Серое тело – такое тело, для кот коэф погл меньше 1 и не зав от длины волны (α=const, <1). Некот реал тела облад этим св-вом в опред интервале длин волн.

Закон Кирхгофа: «Колич связь между излуч и поглащ устан Кирг в 1859.Закон Кирг: при одинаковой тем-ре отн спектральной плотности энерг светимости к монохром спектру поглощения одинаково для всех и равно спектральной плотности энерг светимости абсолют черного тела.» (r_λ/dλ)₁=(r_λ/dλ)₂=…=(Е_λ/1), r_λ/dλ= Е_λ или r_λ=dλЕ_λ

Спектр пл-ть энерг свет-ти абс черного тела обозн Е. Её зав-ть от длины волны опред спектр излуч черного тела, кот игр осн роль – с ним связ спектры др тел.

Вопрос 29. Законы излучения черного тела: формула Планка, закон Стефана-Больцмана, закон Вина. Физ основы термографии.

Закон Кигхгофа ставит в цент внимания теор тепл изл ф-ции Е, зат от λ и Т. Е=Е(λ,Т) Е – испускательная сп-ть аб черного тела. Закон Стефана-Больцмана – энергсветимость абс черного тела пропорциональна четверти степени его абс тем-ры: R_e=δТ⁴, δ=5,66*10^-8Вт/м²К⁴. Нем врач Вин опред длину волны, соотв мах испускаемой ст-ти. Соотношение наз его именем. Закон поглощение Вина: «Длина волны, на кот приходится мах спектра излуч черного тела обратно пропорциональна абс тем-ре»: λ_мах=в/Т, где в=2,89*10^-3мК. Закон Вина наз закон смещения, тк он показывает, как смещ длина волны, на кот, прих мах энергии излучения черного тела при повыш тем-ры.

Гипотеза Планка. В 1900г Планк получил для испуск сп-ти абс черного тела формулу, кот полн совп с экспер дан для всех длин волн. Для этого ему пришлось отказаться от класс предст о непрерывности процесса излуч эл-маг волн. По предст Планка, излуч тело – совокупность осцилляторов (источников колебаний), энергия кот может изм лишь порциями или квантами: Е=hυ, υ – част колебания, h – пост Планка (6,62*10^-34Дж*с). Поскольку h оч мала, каждый квант несет ничтожно малую энергию, поэтому при бол потоках излуч, его дискретная природа незаметна. Формула П, опис спектр излуч черного тела через частоту: Е(υ,Т)=(2πhυ³/c²)(1/e^hυ/KT-1) и Е(λ,Т)= (2πhс²/λ⁵)(1/e^hυ/KT-1), где с – с-ть света в вакууме, k – пост Больцмана.

Термография – диаг метод, осн на измер и регистр тепл излуч пов-ти тела чела и его отд участок. Ор-м чела поддерж пост тем-ру тела, кот отлич от тем-ры окр среды. Возникает теплообмен, кот может происх за счет: теплопроводности (процесс предачи тепл от более нагрет частей сист к менее нагр), конвекции (уч жид или газы, одновременно с потоком тепла возник потоки в-ва – более нагр слои вспл к верху, менее – к низу), за счет испарения.