- •Тепловое равновесное излучение.
- •Температуры
- •Лекция 1. Тепловое равновесное излучение.
- •1. Электромагнитное излучение нагретых тел. Равновесное излучение.
- •2. Свойства и спектральные характеристики теплового излучения
- •3. Абсолютно черная поверхность.
- •5. Закон Кирхгофа.
- •6. Модели абсолютно черного тела (ачт).
- •7. Классическая теория.
- •8. Квантовая теория.
Тепловое равновесное излучение.
Вещество
Энергия Тепловое
извне излучение
Закон КирхгофаW⍵(T) - универсальная функция частоты и
Температуры
Классическая теория
Классическая
физика
z
Квантовая теория
x
Лекция 1. Тепловое равновесное излучение.
1. Электромагнитное излучение нагретых тел. Равновесное излучение.
Все нагретые тела являются источниками электромагнитного излучения всевозможных частот и направлений. При повышении температуры тело начинает светиться и чем выше температура, тем ярче оно светится. В этих телах в энергию излучения превращается часть внутренней тепловой энергии вещества.
Путем испускания и поглощения излучения тела могут обмениваться энергией, в результате одни тела нагреваются, другие охлаждаются. Для пространственно разделенных тел, находящихся в вакууме, единственный способ обмена энергией – это обмен через излучение. В процессе обмена энергией через излучение в системе «вещество + излучение» устанавливается термодинамическое равновесие, которое состоит в том, что каждое тело, независимо от его свойств, испускает в единицу времени столько же энергии, сколько поглощает обратно. Свойства тел могут повлиять только на время установления равновесия.
Тепловое излучение – это электромагнитное излучение, испускаемое веществом за счет своей внутренней тепловой энергии.
Если излучение находится в равновесии с веществом, оно - равновесное.
Всостоянии равновесия все тела имеют одинаковую температуруT, которая является количественной мерой средней энергии теплового (хаотического) движения большого числа атомов и молекул вещества. В одном моле вещества число частиц равно NA=6 1023 (число Авогадро). На одну степень свободы поступательного и вращательного хаотического движения одной молекулы в среднем приходится , а колебательного движения – в среднемтепловой энергии, где
Излучение
- постоянная Больцмана. Т
Эта же температура T характеризует Поглощение
состояние равновесного излучения (рис.1).
Равновесное состояние системы «излучение +
вещество» устойчиво, то есть после его нарушения Равновесное тепловое
состояние равновесия вновь восстанавливается. излучение с температурой Т,
Тепловое излучение – единственный вид если
излучения, которое может находиться в равновесии
с веществом. Остальные виды электромагнитного Рис.1.Равновесие в системе
излучения являются неравновесными и имеют «вещество + излучение»
общее название – люминесценция.
2. Свойства и спектральные характеристики теплового излучения
Равновесное тепловое излучение однородно (плотность энергии одинакова во всех точках области, где оно заключено), изотропно и не поляризовано (содержит все возможные направления распространения и направления колебаний векторов и).
Тепловое излучение имеет непрерывный спектр, не ограниченный по частоте.
Объемную плотность энергии излучения (энергию в единице объема) в интервале частот÷представим в виде
, (1)
где -спектральная плотность энергии излучения. Измерениями обнаружено, что распределение энергии по частоте при фиксированной температуреT имеет вид плавной кривой с максимумом при некоторой частоте (рис.2).
Суммарная объемная плотность энергии пропорциональна четвертой степени температуры:
(2)
,
При изменении температуры меняется
спектральный состав излучения и происходит
смещение максимума кривой распределения
. При повышении температуры
максимум смещается в сторону более высоких
частот, при этом . Рис.2. Распределение энергии
равновесного теплового излучения.