Равновесное тепловое излучение. 
Лучеиспускательная и лучепоглощательная способности

Каждое тело, имеющее ненулевую (по Кельвину) температуру, излучает. Ведь в соответствии с распределением Максвелла и Больцмана часть частиц тела имеет энергию, достаточную для возбуждения молекул с последующим излучением фотонов. Излучение света, обусловленное нагреванием (ненулевой температурой) тел, называют тепловым излучением. Рассмотрим такое излучение для системы тел.

При термодинамическом равновесии все части системы тел имеют одну температуру. При этом энергия теплового излучения, испускаемого каждым телом, компенсируется поглощаемой этим телом энергией. В такой ситуации имеет место равновесное излучение — тепловое излучение, находящееся в термодинамическом равновесии с веществом.

Количественной характеристикой теплового излучения является спектральная лучеиспускательная способность (спектральная энергетическая светимость) тела — мощность излучения в единичном интервале частот с единицы площади поверхности тела, имеющего температуру Т:

где dV_il3Jl — энергия излучения, испускаемого в единицу времени с единицы площади в интервале частот от v до v + dv.

Эту формулу можно выразить и через длины волн, воспользовавшись тем, что интервалу частот соответствует интервал длин волн:

Поскольку с = A, v, то.

В результате, опустив несущественный здесь знак «минус», получим искомую связь:

Зависимость спектральной лучеиспускательной способности от длины волны называют спектром излучения тела.

Интегральная лучеиспускательная способность {энергетическая светимость) тела получается из спектральной лучеиспускательной способности интегрированием, но всем частотам:

Лучеиспускательная способность измеряется в Вт/м².

Введем теперь понятие спектральной лучепоглощательной способности {спектрального коэффициента поглощения)

которая показывает долю поглощаемой телом падающей энергии света с частотой v. Здесь dW_w — энергия света с частотой v, падающего на тело; dW_vllогл — поглощенная энергия света с частотой v.

Иногда удобно пользоваться понятием интегральной лучепоглощательной способности {коэффициента поглощения) для характерных распределений интенсивности света по частоте /(v):

которая показывает долю поглощаемой телом падающей энергии света. Здесь dWj — энергия света с распределением интенсивности по частоте /(v), падающего на тело, a dW_fuorsi — поглощенная энергия света.

Лучеиспускательная и лучепоглощательная способности зависят от природы тела, его температуры и частоты излучения. Тело, способное полностью поглощать при любой температуре падающее излучение любой частоты, называется черным. Для черного тела.

Сажа и черный бархат близки по оптическим свойствам к черному телу. Так, сажа в видимом диапазоне поглощает до 99% падающего излучения, впрочем, инфракрасное излучение поглощается ею значительно хуже. Но существенно более идеальным черным телом является небольшое отверстие па замкнутой полости с зачерненной внутренней поверхностью. Попадая на это отверстие, свет исчезает за несколько нереотражений на темной внутренней поверхности. По этой причине открытые окна квартир, освещаемых внешним светом, с улицы часто кажутся черными, даже несмотря на отсутствие зачернения стен. Часто используют понятие серого тела, для которого лучепоглощательная способность меньше единицы и является одинаковой для всех частот:

Значения А_Т в широком диапазоне температур для металлов равны 0,1—0,4, а для угля и оксидов металлов — 0,5—0,9. При этом для инфракрасного диапазона тело человека можно в оценках считать серым телом света с А_т= 0,9.