Открыть главное меню

Тепловое излучение

Теплово́е излуче́ние — электромагнитное излучение, испускаемое телами за счёт их внутренней энергии. Излучается телами, имеющими температуру больше 0 К, то есть всякими нагретыми телами, поэтому и называется тепловым. Имеет сплошной спектр, расположение и интенсивность максимума которого зависят от температуры тела. При остывании последний смещается в длинноволновую часть спектра[1].

Тепловое излучение испускают, например, нагретый металл, земная атмосфера и белый карлик[1][2].

Причиной того, что вещество излучает электромагнитные волны, является устройство атомов и молекул из заряженных частиц, из-за чего вещество пронизано электромагнитными полями. В частности, при столкновениях атомов и молекул происходит их ударное возбуждение с последующим высвечиванием. Характерной чертой является то, что при усреднении коэффициента излучения по максвелловскому распределению, начиная с энергий kT, в спектре начинается экспоненциальный завал.[3]

В случае если излучение находится в термодинамическом равновесии с веществом, то такое излучение называется равновесным. Спектр такого излучения эквивалентен спектру абсолютно чёрного тела и описывается законом Планка. Однако в общем случае тепловое излучение не находится в термодинамическом равновесии с веществом, таким образом более горячее тело остывает, а более холодное наоборот нагревается. Спектр такого излучения определяется законом Кирхгофа.

Основные понятия и свойства теплового излученияПравить

Энергетическая светимость телаПравить

Энергетическая светимость тела -  — 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.

 ;   Дж/(с·м²) = Вт/м²

Спектральная плотность энергетической светимостиПравить

Спектральная плотность энергетической светимости   — функция частоты и температуры, характеризующая распределение энергии излучения по всему спектру частот (или длин волн).

 

Аналогичную функцию можно написать и через длину волны

 


Можно доказать, что спектральная плотность энергетической светимости, выраженная через частоту и длину волны, связаны соотношением:

 

Поглощающая способность телаПравить

Поглощающая способность тела —   — функция частоты и температуры, показывающая, какая часть энергии электромагнитного излучения, падающего на тело, поглощается телом в области частот   вблизи  

 

где   — поток энергии, поглощающейся телом.

  — поток энергии, падающий на тело в области   вблизи  

Отражающая способность телаПравить

Основная статья: Альбедо

Отражающая способность тела —   — функция частоты и температуры, показывающая, какая часть энергии электромагнитного излучения, падающего на тело, отражается от него в области частот   вблизи  

 

где   — поток энергии, отражающейся от тела.

  — поток энергии, падающий на тело в области   вблизи  .

Абсолютно чёрное телоПравить

Основная статья: Абсолютно чёрное тело

Абсолютно чёрное тело — это физическая абстракция (модель), под которой понимают тело, полностью поглощающее всё падающее на него электромагнитное излучение

  — для абсолютно чёрного тела.

Серое телоПравить

Серое тело — это такое тело, коэффициент поглощения которого не зависит от частоты, а зависит только от температуры

  — для серого тела.

Объёмная плотность энергии излученияПравить

Объёмная плотность энергии излучения —   — функция температуры, численно равная энергии электромагнитного излучения в единице объёма по всему спектру частот.

Спектральная плотность энергииПравить

Спектральная плотность энергии —   — функция частоты и температуры, связанная с объёмной плотностью излучения формулой:

 

Следует отметить, что спектральная плотность энергетической светимости для абсолютно чёрного тела связана со спектральной плотностью энергии следующим соотношением:

  — для абсолютно чёрного тела.

Основные законы теплового излученияПравить

ЛитератураПравить

  • Ташлыкова-Бушкевич И. И. Физика. Уч. пособие. В 2 ч. Ч. 2. Минск, 2008

ПримечанияПравить

  1. 1 2 М. А. Ельяшевич. Теплово́е излуче́ние // Физическая энциклопедия : [в 5 т.] / Гл. ред. А. М. Прохоров. — М.: Советская энциклопедия (т. 1—2); Большая Российская энциклопедия (т. 3—5), 1988—1999. — ISBN 5-85270-034-7.
  2. Белый карлик.
  3. А. В. Засов, К. А. Постнов. Излучение абсолютного черного тела // Общая астрофизика. — С. 32.

ЛитератураПравить