Основные определения. Й семестр «Квантовое ядро»

Й семестр «Квантовое ядро»

Лекція 37.

Корпускулярно-хвильова природа свiтлового випромiнювання.

Проблеми випромiнювання абсолютно чорного тiла. Гiпотеза Планка. Пiрометрiя.

КОРПУСКУЛЯРНО-ВОЛНОВАЯ ПРИРОДА ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Проблемы излучения абсолютно черного тела

Основные определения

Электромагнитное излучение, возникающее за счет внутренней энергии излучающего тела и зависящее только от температуры и оптических свойств тела, называется тепловым излучением.

Тепловое излучение является равновесным. Поместим в замкнутую адиабатическую оболочку несколько тел с различными температурами. В соответствии со вторым началом термодинамики в такой системе начнут протекать процессы, которые приведут к выравниванию температур тел. Эти процессы состоят в испускании и поглощении электромагнитного излучения телами, находящимися внутри полостей не прекращаются после достижения термодинамического равновесия. Это может быть лишь в том случае, если между телом и излучением устанавливается равновесие: сколько энергии излучает тело, столько же ее оно и поглощает.

Введем некоторые количественные характеристики теплового излучения.

Испускательной способностью тела называется количество энергии, испускаемой за единицу времени с единицы площади в единичном интервале частот:

.

(1)

Спектральной плотностью излучения называется количество энергии электромагнитного излучения, приходящегося на единичный интервал частот и сосредоточенного в единичном объеме:

.

(2)

Поскольку тепловое излучение является равновесным, то между испускательной способностью тела и спектральной плотностью излучения должна существовать пропорциональная зависимость r(n,T)~u(n,T). Для абсолютно черного тела эта зависимость имеет вид

(3)

Интегральной испускательной способностью (энергетической светимостью) называется количество энергии, испускаемой за единицу времени с единицы площади во всем интервале частот от 0 до ∞. Между интегральной испускательной способностью R_э(Т) и испускательной способностью r(n,T) существует связь.

(4)

Поглощательной способностью тела называется отношение поглощенной энергии ко всей падающей на тело энергии в интервале частот от n до n+dn:

Рис.1.

Абсолютно черным телом (АЧТ) называется такое тело, поглощательная способность которого для всех частот и температур равна единице: a(n,T)=1. Моделью АЧТ может служить небольшое отверстие, вырезанное в полой сфереиз непрозрачного вещества (рис. 1). Луч света, попадая через такое отверстие внутрь полости, испытывает многократные отражения и практически полностью поглощается.

Рис. 2.

Серым называется такое тело, поглощательная способность которого меньше единицы, но постоянна для всех частот и температур (рис.2). У цветного тела поглощательная способность является функцией частоты и температуры.