Тепловое излучение

Электромагнитное излучение
Синхротронное
Циклотронное
Тормозное
Тепловое
Монохроматическое
Черенковское
Переходное
Радиоизлучение
Микроволновое
Терагерцевое
Инфракрасное
Видимое
Ультрафиолетовое
Рентгеновское
Гамма-излучение
Ионизирующее
Реликтовое
Магнито-дрейфовое
Двухфотонное
Спонтанное
Вынужденное

Теплово́е излуче́ние в электромагнитное излучение с непрерывным спектром, испускаемое нагретыми телами за счёт их тепловой энергии.

Примером теплового излучения является свет от лампы накаливания.

Мощность теплового излучения объекта, удовлетворяющего критериям абсолютно чёрного тела, описывается законом Стефана в Больцмана.

Отношение излучательной и поглощательной способностей тел описывается законом излучения Кирхгофа.

Тепловое излучение является одним из трёх элементарных видов переноса тепловой энергии (помимо теплопроводности и конвекции).

Равновесное излучение в тепловое излучение, находящееся в термодинамическом равновесии с веществом.

Основные 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 паллетных частот (меньших длин волн)
• Тепловое излучение характерно для тел независимо от их агрегатного состояния
• 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.

Основные понятия и характеристики теплового излучения

Энергетическая светимость тела

Энергетическая светимость тела -$~R_T$- 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.

$R_T = \frac{W}{tS}$ ;     $~[R_T]=$Дж/с·м²=Вт/м²

Спектральная плотность энергетической светимости

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

$R_T=\int\limits_0^\mathcal{1} r_{\omega,T} d\omega$

Аналогичную функцию можно написать и через длину волны

$R_T=\int\limits_0^\mathcal{1} r_{\lambda,T} d\lambda$

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

$r_{\omega,T}= \frac{\lambda^2}{2\pi c} r_{\lambda,T}$

Поглощающая способность тела

Поглощающая способность тела в $~a_{\omega,T}$ в функция частоты и температуры, показывающая, какая часть энергии электромагнитного излучения, падающего на тело, поглощается телом в области частот $~d\omega$ вблизи $~\omega$

$a_{\omega,T}=\frac{d\Phi'_{\omega,T}}{d\Phi_{\omega,T}}$

где $~d\Phi'$ в поток энергии, поглощающейся телом.

$~d\Phi$ в поток энергии, падающий на тело в области $~d\omega$ вблизи $~\omega$

Отражающая способность тела

Отражающая способность тела в $~b_{\omega,T}$ в функция частоты и температуры, показывающая какая часть энергии электромагнитного излучения, падающего на тело, отражается от него в области частот $~d\omega$ вблизи $~\omega$

$b_{\omega,T}=\frac{d\Phi''_{\omega,T}}{d\Phi_{\omega,T}}$

где $~d\Phi''$ в поток энергии, отражающейся от тела.

$~d\Phi$ в поток энергии, падающий на тело в области $~d\omega$ вблизи $~\omega$

Абсолютно черное тело

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

$~a_{\omega,T}=1$ в для абсолютно черного тела

Подробнее Абсолютно черное тело

Серое тело

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

$~a_{\omega,T}=a_T<1$ в для серого тела

Объемная плотность энергии излучения

Объемная плотность энергии излучения в $~U_T$ в функция температуры, численно равная энергии электромагнитного излучения в единицу объема по всему спектру частот

Спектральная плотность энергии

Спектральная плотность энергии в $~U_{\omega,T}$ в функция частоты и температуры, связанная с объемной плотностью излучения формулой:

$~U_T=\int\limits_0^\mathcal{1} U_{\omega,T}d\omega$

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

$r_{\omega,T}=f(\omega,T)=\frac{c}{4}U_{\omega,T}$ в для абсолютно черного тела

Основные законы теплового излучения

• Закон Стефана в Больцмана
• Закон излучения Кирхгофа
• Закон смещения Вина

См. также

• Абсолютно чёрное тело

Литература

• Планк М. Теория теплового излучения, пер. с нем., Л.в М., 1935
• Соболев В. В. Перенос лучистой энергии в атмосферах звезд и планет, М., 1956
• Боеворт Р. Ч. Л., Процессы теплового переноса, пер. с англ., М., 1957
• Ельяшевич М. А., Атомная и молекулярная спектроскопия, М., 1962.
• Ташлыкова-Бушкевич И. И. Физика. Уч. пособие. В 2 ч. Ч. 2. Минск, 2008

Ссылки

• Тепловое излучение в статья из Большой советской энциклопедии