Основные понятия и характеристики теплового излучения
Энергетическая светимость тела
Энергетическая светимость тела — RT{\displaystyle ~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.
RT=WtS{\displaystyle R_{T}={\frac {W}{tS}}} ; RT={\displaystyle ~=}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).
RT=∫1rω,Tdω{\displaystyle R_{T}=\int \limits _{0}^{\mathcal {1}}r_{\omega ,T}d\omega }
Аналогичную функцию можно написать и через длину волны
RT=∫1rλ,Tdλ{\displaystyle R_{T}=\int \limits _{0}^{\mathcal {1}}r_{\lambda ,T}d\lambda }
Можно доказать что спектральная плотность и энергетическая светимость выраженные через частоту и длину волны, связаны соотношением:
Поглощающая способность тела
Поглощающая способность тела — aω,T{\displaystyle ~a_{\omega ,T}} — функция частоты и температуры, показывающая какая часть энергии электромагнитного излучения, падающего на тело, поглощается телом в области частот dω{\displaystyle ~d\omega } вблизи ω{\displaystyle ~\omega }
aω,T=dΦω,T′dΦω,T{\displaystyle a_{\omega ,T}={\frac {d\Phi ‘_{\omega ,T}}{d\Phi _{\omega ,T}}}}
где dΦ′{\displaystyle ~d\Phi ‘} — поток энергии, поглощающейся телом.
dΦ{\displaystyle ~d\Phi } — поток энергии, падающий на тело в области dω{\displaystyle ~d\omega } вблизи ω{\displaystyle ~\omega }
Отражающая способность тела
Отражающая способность тела — bω,T{\displaystyle ~b_{\omega ,T}} — функция частоты и температуры, показывающая какая часть энергии электромагнитного излучения, падающего на тело, отражается от него в области частот dω{\displaystyle ~d\omega } вблизи ω{\displaystyle ~\omega }
bω,T=dΦω,T″dΦω,T{\displaystyle b_{\omega ,T}={\frac {d\Phi »_{\omega ,T}}{d\Phi _{\omega ,T}}}}
где dΦ″{\displaystyle ~d\Phi »} — поток энергии, отражающейся от тела.
dΦ{\displaystyle ~d\Phi } — поток энергии, падающий на тело в области dω{\displaystyle ~d\omega } вблизи ω{\displaystyle ~\omega }
Абсолютно черное тело
Абсолютно черное тело — это физическая абстракция(модель), под которой понимают тело, полностью поглощающее всё падающее на него электромагнитное излучение
aω,T=1{\displaystyle ~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
aω,T=aT<1{\displaystyle ~a_{\omega ,T}=a_{T}<1} — для серого тела
Объемная плотность энергии излучения
Объемная плотность энергии излучения — UT{\displaystyle ~U_{T}} — функция температуры, численно равная энергии электромагнитного излучения в единицу объема по всему спектру частот
Спектральная плотность энергии
Спектральная плотность энергии — Uω,T{\displaystyle ~U_{\omega ,T}} — функция частоты и температуры, связанная с объемной плотностью излучения формулой:
Следует отметить, что спектральная плотность энергетической светимости для абсолютно черного тела связана со спектральной плотностью энергии следующим соотношением:
rω,T=f(ω,T)=c4Uω,T{\displaystyle r_{\omega ,T}=f(\omega ,T)={\frac {c}{4}}U_{\omega ,T}} — для абсолютно черного тела
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.
