Основные характеристики теплового излучения.

Поток (мощность) излучения F -отношение энергии излучения W ко времени t, за которое оно произошло:

или .

Плотность потока энергии – энергия, переносимая в единицу времени через единицу площади перпендикулярно направлению распространения излучения.

Энергетическая светимость (R) тела — поток энергии электромагнитных волн, испускаемый единицей площади поверхности излучающего тела во всем диапазоне длин волн по всем направлениям (в пределах телесного угла 2p).

.

Размерность энергетической светимости - [ R ] = Вт/м². Энергетическая светимость зависит от температуры тела. Мощность излучения всего тела определяется выражением P = Ф = RS, где R - энергетическая светимость тела, S — площадь его поверхности.

Излучение состоит из волн различной длины l или частоты w (w = 2pn). Доля энергетической светимости dR, приходящаяся на узкий интервал длин волн от l до l+ d l пропорциональна

.

Величина называется излучательной способностью (спектральной плотностью энергетической светимости).

Доля энергетической светимости dR, приходящаяся на узкий интервал частот от n до n + d n или от w доw +d w пропорциональна величине этого интервала d n или d w и можно ввести излучательные способности и

Длина электромагнитной волны l, ее частота n и скорость распространения c связаны соотношением c = l×n, и если интервалы и относятся к одному к одному и тому же участку спектра, то dR = r _w d w = r _n d n =r _l d l r _l и

.

Излучательные способности измеряются в Дж/м², а в Вт/м³. Зная излучательную способность тела, можно найти его энергетическую светимость:

.

Способность тел поглощать падающее на них излучение характеризуется поглощательной способностью или .

Поглощательная способность тела – безразмерная величина, равная отношению потока энергии излучения в интервале частот от w до w+ d w, или в интервале длин волн от l до l+ d l поглощенного единицей площади поверхности тела за единицу времени, к падающему потоку:

,

где – поток энергии, поглощаемый телом, – поток энергии, падающий на тело. Поглощательная способность зависит от природы тела, состояния его поверхности, частоты или длины волны падающего излучения и температуры.

Абсолютно черное тело (АЧТ) - тело, поглощательная способность которого равна единице для всех длин волн или частот: . АЧТ поглощает всю падающую на него энергию. Модель АЧТ - замкнутая полость с небольшим отверстием. Практически все лучи, попадающие в полость через отверстие, в результате поглощений и отражений от внутренних стенок оказываются поглощенными.

Серое тело - тело, для которого поглощательная способность меньше единицы, но постоянна для всех длин волн (частот) .

Закон Кирхгофа.

Если система состоит из нескольких тел, нагретых до различной температуры, то спустя некоторое время произойдет выравнивание температур: горячие тела, излучая, передадут холодным энергии больше, чем получат от них, а холодные тела поглотят больше энергии, чем отдадут при излучении. Этот процесс будет происходить до тех пор, пока не наступит термодинамическое равновесие. При неизменной температуре, а, следовательно, и энергии тел тело с большей излучательной способностью r_w будет больше излучать. Для компенсации потерянной при этом энергии оно должно будет больше поглощать, т.е. обладать большей поглощательной способностью a _w. Отношение излучательной способности любого тела к его поглощательной способности будет выражаться универсальной функцией длины волны и температуры:

Поскольку поглощательная способность АЧТ равна единице, то эта функция является излучательной способностью АЧТ :

Закон Кирхгофа: отношение излучательной способности тела к его поглощательной способности при данной температуре одинаково для всех тел и равно излучательной способности АЧТ.

При одной и той же температуре АЧТ обладает наибольшей излучательной способностью и энергетической светимостью. Для серых тел энергетическая светимость .