Основные свойства теплового излучения

Тепловым излучением называют вид электромагнитного излучения, испускаемого нагретыми телами за счет внутренней энергии. К внутренней энергии тела относится кинетическая и потенциальная энергия частиц, составляющих данное тело.

Свойства теплового излучения.

• Тепловое излучение происходит по всему спектру частот от нуля до бесконечности
• Интенсивность теплового излучения неравномерна по частотам и имеет явно выраженный максимум при определенной частоте
• C ростом температуры общая интенсивность теплового излучения возрастает
• C ростом температуры максимум излучения смещается в сторону больших частот (меньших длин волн)
• Тепловое излучение характерно для тел независимо от их агрегатного состояния
• Самым важным и отличительным свойством теплового излучения является равновесный характер излучения. Это значит что если мы поместим тело в термоизолированный сосуд, то количество поглощаемой энергии всегда будет равно количеству испускаемой энергии.

Основные понятия и характеристики теплового излучения

Энергетическая светимость тела

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

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

$R_T=\underset{0}{\overset{1}{\int }}{r}_{\omega ,T}d\omega$

Аналогичную функцию можно написать и через длину волны

$R_T=\underset{0}{\overset{1}{\int }}{r}_{\lambda ,T}d\lambda$

Можно доказать что спектральная плотность и энергетическая светимость выраженные через частоту и длину волны, связаны соотношением:

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

Поглощающая способность тела

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 $\omega$

$a_{\omega ,T}=\frac{d\mathrm{\Phi }{\text{'}}_{\omega ,T}}{d{\mathrm{\Phi }}_{\omega ,T}}$

где $d{\mathrm{\Phi }}^{\prime }$ - поток энергии, поглощающейся телом.

$d\mathrm{\Phi }$ - поток энергии, падающий на тело в области $d\omega$ вблизи $\omega$

Отражающая способность тела

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 $\omega$

$b_{\omega ,T}=\frac{d{\mathrm{\Phi }}^{\prime }{\text{'}}_{\omega ,T}}{d{\mathrm{\Phi }}_{\omega ,T}}$

где $d{\mathrm{\Phi }}^{″}$ - поток энергии, отражающейся от тела.

$d\mathrm{\Phi }$ - поток энергии, падающий на тело в области $d\omega$ вблизи $\omega$

Абсолютно черное тело

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 черного цвета

Серое тело

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

Объемная плотность энергии излучения - $U_T$ - функция температуры, численно равная энергии электромагнитного излучения в единицу объема по всему спектру частот

Спектральная плотность энергии

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

$U_T=\underset{0}{\overset{1}{\int }}d{U}_{\omega ,T}d\omega$

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

$r_{\omega ,T}=f(\omega ,T)=\frac{c}{4}{U}_{\omega ,T}$ - для абсолютно черного тела