Характеристика теплового излучения.

Энергия, которую теряет тело вследствие теплового излучения, характеризуются следующими величинами.

Поток излучения (Ф) – энергия, излучаемая с поверхности тела за единицу времени.

Фактически, это – мощность теплового излучения. Единицами измерения Ф в системе "СИ" являются Дж/с = Вт.

Параметр Ф не позволяет сравнить энергии излучения от двух нагретых тел, т.к. он зависит от площади поверхности излучающего тела.

Энергетическая светимость (интегральная испускательная способность) (R_e) – энергия теплового излучения, испускаемого за единицу времени с единицы площади поверхности нагретого тела (1 м²):

Размерность этой характеристики – [Вт/м²]. Энергетическая светимость R_e позволяет сравнить энергию излучения независимо от размеров тела.

И поток излучения Ф, и энергетическая светимость R_e зависят от строения вещества и его температуры.

Нагретые тела испускают некоторое количество энергии излучения в любом диапазоне длин волн (0 < l < µ). Параметр R_e – интегральный параметр, представляющий собой энергию, излучаемую телами при всех длинах волн. Для описания распределения энергетической светимости по спектру теплового излучения вводят характеристику "спектральная плотность энергетической светимости".

Обозначим энергию теплового излучения, испускаемого c единичной поверхности за 1 с в узком интервале длин волн от l до l + dl, через dR_e.

Спектральной плотностью энергетической светимости (или спектральной испускательной способностью) (r_l) называется отношение энергетической светимости узкого участка спектра (dR_l) к ширине этого участка (dl).

Единицами измерения r_l являются Вт/м³. Спектральная плотность энергетической светимости r_l зависит от длины волны излучения l и от температуры тела.

Зависимость спектральной плотности энергетической зависимости r_l от длины волны l называют спектром излучения тела. Зная r_l,можно рассчитать энергетическую светимость R_e тела в любом диапазоне спектра.

Тела не только могут испускать энергию излучения, но и поглощать ее. Способность тела к поглощению энергии излучения зависит от его вещества, температуры и длины волны излучения. Поглощательную способность тела характеризует коэффициент поглощения a. Пусть на поверхность тела падает поток излучения Ф_пад с длиной волны l. Часть этого потока отражается, а часть поглощается телом (см. рисунок ниже). Обозначим величину поглощенного потока Ф_погл.

Коэффициентом поглощения a называется отношение потока излучения, поглощенного данным телом, к величине падающего потока.

Коэффициент поглощения – величина безразмерная. Его значения лежат между нулем и единицей: 0 < a < 1. Коэффициент поглощения – интегральный показатель, он характеризует способность тела поглощать энергию излучения во всем диапазоне длин волн 0 < l < µ.

Монохроматический коэффициент поглощения a_l – это величина, которая показывает, какая часть излучения данной длины волны lпоглощается телом.

Как и коэффициент поглощения, монохроматический коэффициент поглощения – величина безразмерная и принимает значения от нуля до единицы.

Функция a = a (l,T), выражающая зависимость коэффициента поглощения от длины волны и температуры, называется поглощательной способностью тела. Ее вид может быть весьма сложным. Ниже рассмотрены простейшие типы поглощения.

Абсолютно черное тело - такое тело, коэффициент поглощения которого равен единице для всех длин волн: a = 1. Оно поглощает все падающее на него излучение. Абсолютно черных тел в природе не существует. Однако, по своим поглощательным свойствам к абсолютно черному телу близки сажи, черный бархат, платиновая чернь.

Очень хорошей моделью абсолютно черного тела является замкнутая полость с небольшим отверстием (рисунок ниже). Стенки полости зачернены. Луч, попавший в это отверстие, после многократных отражений от стенок, поглощается практически полностью. Подобные устройства, применяют в качестве световых эталонов, используют при измерениях высоких температур и т.п.

Абсолютно чёрное тело — физическое тело, которое при любой температуре поглощает всё падающее на него электромагнитное излучение во всех диапазонах.