Тепловое излучение

 

Электромагнитные волны, испускаемые атомами, которые возбуждаются за счет энергии теплового движения, представляют собой тепловое излучение. Тепловое излучение – единственное излучение, способное находиться в термодинамическом равновесии с веществом. Такое равновесное излучение устанавливается в теплоизолированной системе, все тела которой находятся при одной и той же температуре.

Спектральной характеристикой теплового излучения тела служит спектральная плотность энергетической светимости, равная

= dW_изл/ dn,

где dW_изл-энергия электромагнитного излучения, испускаемого за единицу времени с единицы площади поверхности тела в интервале частот от n до n+ dn.

Спектральной характеристикой поглощения электромагнитных волн телом служит монохроматический коэффициент поглощения, равный

a_n= dW_погл / dW.

Он характеризует поглощательную способность тела и показывает, какая доля энергии dW падающего на поверхность тела электромагнитного излучения с частотами от n до n+ dn поглощается телом.

Опыты показывают, что спектральная плотность энергетической светимости и коэффициент поглощения зависят от частоты n соответственно излучаемых и поглощаемых волн, температуры тела, его химического состава и состояния поверхности.

Тело называется абсолютно черным, если оно при любой температуре полностью поглощает всю энергию падающих на него электромагнитных волн независимо от их частоты, поляризации и направления распространения.

Испускательная и поглощательная способности непрозрачного тела взаимосвязаны. Эта связь выражается законом Кирхгофа. Отношение спектральной плотности энергетической светимости тела к его монохроматическому коэффициенту поглощения не зависит от материала тела и равно спектральной плотности энергетической светимости черного тела, являющейся функцией только температуры и частоты. В дифференциальной форме этот закон имеет вид:

 

r_n /а_n = r ,

где r_n⁰(n,Т) – функция Кирхгофа. От дифференциальных характеристик теплового излучения можно перейти к интегральным характеристикам. Мощность теплового излучения с единицы площади поверхности тела во всем интервале частот от 0 до ¥, называемая энергетической светимостью R_э, связана с r_n соотношением

 

R_э = .

Для абсолютно черного тела:

R_э⁰ =

Энергетическая светимость черного тела R_э⁰ зависит только от температуры Т.