Физические основы механики Лабораторные работы
Техническая термодинамика

Основные законы теплового излучения

Закон Планка. Интенсивности излучения абсолютно черного тела Is и любого реального тела I зависят от температуры и длины волны.
Абсолютно черное тело при данной температуре испускает лучи всех длин волн от = 0 до  = . Если каким-либо образом отделить лучи с разными длинами волн друг от друга и измерить энергию каждого луча, то окажется, что распределение энергии вдоль спектра различно.
По мере увеличения длины волны энергия лучей возрастает, при некоторой длине волны достигает максимума, затем убывает. Кроме того, для луча одной и той же длины волны энергия его увеличивается с возрастанием температуры тела, испускающего лучи (рис.11.1).


Планк установил следующий закон изменения интенсивности излучения абсолютно черного тела в зависимости от температуры и длины волны:

Is = с1 -5 / (ес/(Т) – 1) , (11.5)

где е - основание натуральных логарифмов; с1 = 3,74*10-16 Вт/м2; с2 = 1,44*10-2 м*град;  - длина волны, м; Т - температура излучающего тела, К.

Из рис.11.1 видно, что для любой температуры интенсивность излучения Is возрастает от нуля (при =0) до своего наибольшего значения, а затем убывает до нуля (при =). При повышении температуры интенсивность излучения для каждой длины волны возрастает.
Закон смещения Вина. Кроме того, из рис.11.1 следует, что максимумы кривых с повышением температуры смещаются в сторону более коротких волн. Длина волны ms, отвечающая максимальному значению Is, определяется законом смещения Вина:

ms = 2,9 / T. (11.6)

С увеличением температуры ms уменьшается, что и следует из закона.
Пользуясь законом смещения Вина, можно измерять высокие температуры тел на расстоянии, например, расплавленных металлов, космических тел и др.
Закон Стефана-Больцмана. Планк установил, что каждой длине волны соответствует определенная интенсивность излучения, которая увеличивается с возрастанием температуры. Тепловой поток, излучаемый единицей поверхности черного тела в интервале длин волн от  до  + d, может быть определен из уравнения

dEs = Is*d . (11.7)

Элементарная площадка на рис.11.1, ограниченная кривой Т = const, основанием d  ординатами  и  + d (Is) определяет количество лучистой энергии dEs и называется лучеиспускательной способностью абсолютно черного тела для длин волн dл. Вся же площадь между любой кривой Т = const и осью абсцисс равна интегральному излучению черного тела в пределах от  = 0 до  =  при данной температуре.
Подставляя в уравнение (11.7) закон Планка и интегрируя от от  = 0 до  = , найдем, что интегральное излучение (тепловой поток) абсолютно черного тела прямо пропорционально четвертой степени его абсолютной температуры (закон Стефана-Больцмана).

Es = Сs (Т/100)4 , (11.8)

где Сs = 5,67 Вт/(м2*К4) - коэффициент излучения абсолютно черного тела

Отмечая на рис.11.1 количество энергии, отвечающей световой части спектра (0,4—0,8 мк), нетрудно заметить, что оно для невысоких температур очень мало по сравнению с энергией интегрального излучения. Только при температуре солнца ~ 6000К энергия световых лучей составляет около 50% от всей энергии черного излучения.

Молекулярная физика - раздел физики, изучающий строение и свойства вещества исходя из молекулярно-кинетических представлений, основывающихся на том, что все тела состоят из молекул, находящихся в непрерывном хаотическом движении. Процессы, изучаемые молекулярной физикой, являются результатом совокупного действия огромного числа молекул. Законы поведения огромного числа молекул изучаются с помощью статистического метода, который основан на том, что свойства макроскопической системы определяются свойствами частиц системы, особенностями их движения и усредненными значениями динамических характеристик этих частиц (скорости, энергии и т.д.).
Циклы паротурбинных установок