Основные законы теплового излучения

 

Тепловое излучение представляет собой процесс распространения внутренней энергии излучающего тела путем электромагнитных волн.

Электромагнитные волны — это электромагнитные возмущения, исходящие из излучающего тела и распространяющиеся в вакууме со скоростью света         При поглощении электромагнитных волн они вновь превращаются в тепловую энергию. Возбудителями электромагнитных волн являются ионы и электроны.

  Для ионов характерно излучение низкой частоты, для электронов — высокой и низкой.

Излучение обладает корпускулярными свойствами — энергия испускается порциями, поэтому тепловое излучение можно рассматривать как фотонный газ.

   Излучение всех тел зависит от температуры. С увеличением температуры тела, его энергия излучения увеличивается. При увеличении температуры повышается интенсивность коротковолнового излучения и уменьшается интенсивность длинноволнового излучения.

Каждое тело не только непрерывно излучает, но и непрерывно поглощает тепловую энергию. Количество отдаваемой или воспринимаемой теплоты определяется разностью между количеством излучаемой и поглощаемой энергией. Эта разность отлична от 0, если температура тел различна. При одинаковой температуре система находится в подвижном тепловом или термодинамическом равновесии

 

Виды лучистых потоков

Суммарное излучение, проходящее через произвольную поверхность F в единицу времени называется полным потоком излучения Q (Вт).

Лучистый поток, испускаемый с единицы поверхности, по всем направлениями полусферического пространства называется плотностью потока излучения:

.

Q и Е содержат лучи различных длин волн, поэтому они называются интегральными.

Излучение, которое соответствуют узкому интервалу изменению волн от  до  называются монохроматическим.

 

Пусть из всего количества энергии  падающей на тело, часть поглощается, часть  отражается, часть проходит через тело так, что:

или

R+A+Д=1

 

 

 

 

 А — характеризует поглощательную способность тела;

R – отражательную;

Д — пропускательную.

Эти величины безразмерны и изменяются от 0 до 1.

Рассмотрим крайние случаи:

1) если А=1, то R=0, Д=0 — вся энергия поглощается телом — это абсолютно черное тело.

2) R=1, А=0, Д=0 — вся падающая энергия отражается. Если отражение правильное, то тела называют зеркальными, если отражение диффузное — абсолютно белые тела.

3) Д=1, А=0, R=0 — вся энергия проходит сквозь тела — это прозрачные или диатермичные тела.

  Значения А, R, Д зависят от природы тела, его температуры и спектра падающего излучения. Например воздух – прозрачен, но если в нем содержатся водяные пары  или , то он становится полупрозрачным.

Для поглощения и отражения тепловых лучей большое значение имеет не цвет, а состояние поверхности.

Все величины, которые будут относиться к абсолютно черному телу будем обозначать с индексом 0.

Если на тело извне не падает никаких лучей, то с единицы поверхности отводится лучистый поток энергии  он полностью определяется температурой и физическими свойствами тела.

Е₁ - собственное излучение тела.

        Как правило тело окружено предметами, которые также излучают. Со стороны других тел падает лучистая энергия Е₂ – это падающее излучение _. Часть падающего излучения поглощается телом А₁Е₂ – поглощенное излучение, а часть отражается (1- А₁)Е₂  – отраженное излучение.

    Собственное излучение в сумме с отраженным излучением называется эффективным излучением:

Е_эф= Е₁ + (1 – А₁)Е_2.

Это излучение мы замеряем с помощью приборов и мы его ощущаем.

 зависит не только от температуры и физических свойств излучающего тела, но и от других окружающих его тел, а также от формы, размеров и относительного расположения тел в пространстве.

Результирующее излучение   представляет собой разность между собственным излучением и той частью подающего внешнего излучения  которое поглощается данным телом.

Е_рез = Е₁ – А₁Е_1,

то есть, это поток энергии, который данное тело передает окружающим его телам в процессе лучистого теплообмена.

Если  то тело в результате лучистого теплообмена получает энергию. 

Если  то тело в результате лучистого теплообмена отдает энергию.