Основні поняття і характеристики теплового випромінювання
Між усіма тілами природи йде нескінченний процес обміну енергією. Це явище може мати різні форми, але для тіл, які безпосередньо не контактують, перенесення енергії відбувається головним чином у вигляді електромагнітних хвиль. Тіла безперервно випромінюють і поглинають енергію. Як відомо, електромагнітне випромінювання виникає в атомі при його переході з більш високого енергетичного стану на більш низьке. Зрозуміло, що для створення передумов до такого переходу необхідно спочатку перевести атом у збуджений стан, тобто передати йому деякий певну кількість енергіі.Еслі збудження атомів відбувається в результаті їх зіткнення з іншими атомами цього ж тіла в процесі теплового руху, то виникає при цьому електромагнітне випромінювання називається тепловим.
Теплове випромінювання має місце при будь-якій температурі. При етомнезавісімо від температури тіло випускає все без винятку довжини хвиль, тобто спектр теплового випромінювання є суцільним і простягається від нуля до нескінченності. Однак, чим вище температура, тим більше короткохвильове випромінювання є основним в спектрі випромінювання. Процес випускання електромагнітних хвиль тілом відбувається одночасно і незалежно з їх поглинанням.
Даний механізм енергообміну носить рівноважний характер. Це означає, що при незмінних зовнішніх умовах між кількістю випущеної і поглиненої енергії завжди встановлюється динамічна рівновага. І після того як це сталося, температура тіла більше не змінюється
Дамо визначення деяким величинам, які характеризують теплове випромінювання.
Потік енергії (потік випромінювання) Ф - повне кількість енергії, яке переносить електромагнітне випромінювання через будь-яку поверхню за одиницю часу.
Енергетична світність телаR- повне кількість енергії, що випромінюється тілом в усьому діапазоні довжин хвиль за одиницю
часу з одиниці площі:
Позначимо потік енергії, що випускається одиницею поверхні тіла в інтервалі довжин хвиль dλчерезdRλ. При малій величині інтервалаdλбудет справедливо співвідношення (пріT = const):
Коефіцієнт пропорційності rλ називаетсяіспускательной здатністю тіла або спектральної щільністю енергетичної світності тіла:
Досвід показує, що чисельне значення rλ залежить від температури світиться тіла і довжини хвилі випромінювання, т.е.rλ = f (T, λ).
Проинтегрировав вираз (4) по всьому інтервалу довжин хвиль, що випускаються тілом, отримаємо значення енергетичної світності RпріT = const:
Здатність тел поглинати енергію теплового випромінювання характеризується коефіцієнтом поглощеніяα. Цей інтегральний параметр дорівнює відношенню потоку випромінювання (Ф), поглиненого тілом, до величини потоку випромінювання (Ф0) падаючого на тіло:
Позначимо потік випромінювання, що падає на тіло в інтервалі довжин хвиль dλ, черезdФ0, λ. а потік випромінювання в цьому ж інтервалі, поглиненого тілом, черезdФλ. безрозмірна величина
називається поглощательной здатністю тіла або монохроматичним коефіцієнтом поглинання (T = const).
Коефіцієнт αλ приймає різні значення при різних температурах і залежить від інтервалу довжин хвиль, для якого визначається, тобто αλ = f (T, λ). Зрозуміло, що поглинальна здатність тел приймає всі значення від 0 до 1: 0≤ αλ ≤1.
Тіло, яке повністю поглинає енергію у всьому діапазоні довжин хвиль, тобто для якого α = 1, називається абсолютно чорним (чорним). У природі таких тіл немає, це поняття є фізичною абстракцією. Однак, для деяких тіл значення α близьке до одиниці (сажа - α = 0,95) .тел, для яких α <1, называются серыми, если αλдля всех длин волн имеет одно и то же значение. Как выясняется, и серых тел в природе не существует, т.к.:
