Законы теплового излучения

Закон Планка. В силу общей природы электромагнитных волн основные законы, которым подчиняется излучение, являются для них общими. Эти законы получены применительно к идеальному телу, которым является абсолютно черное тело, и термодинамически равновесному излучению. При равновесном излучении все тела, входящие в данную замкнутую излучающую систему, принимают одинаковую температуру.

Закон Планка является одним из основных законов излучения. Он устанавливает зависимость интенсивности излучения от температуры и длины волны, Вт/м²

(118).

здесь с₁ = 0,321•10^-15 ккал•м²/ч = 0,374•10^-15 вт•м² — первая постоянная Планка; с₂ = 1,4388•10^-2 м•°К — вторая постоянная Планка; л — длина волны, м; Т — абсолютная температура, °К.

Согласно уравнению каждой длине волны соответствует свое значение интенсивности излучения. Поскольку закон Планка получен для идеального тела, для реальных тел он выражает максимально возможную интенсивность излучения.

Закон Стефана-Больцмана. Закон Стефана-Больцмана устанавливает зависимость плотности интегрального полусферического излучения от температуры. Согласно этому закону количество тепла Q, излучаемого в единицу времени, пропорционально поверхности излучающего тела F и четвертой степени его абсолютной температуры Т. Для технических расчетов этот закон можно записать в следующем виде.

(119).

где С — коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом лучеиспускания.

Если Q выражено в Вт, а F в м², то размерность коэффициента лучеиспускания.

(120).

Наибольшее значение коэффициент лучеиспускания имеет для абсолютно черного тела C_s = 5,68 Вт/м²•К⁴.

Для других тел коэффициент лучеиспускания можно выразить через коэффициент лучеиспускания абсолютно черного тела, Вт/м²•К⁴

С = еС_s = 5,68е, (121).

где величина е, называемая степенью черноты тела, представляет собой отношение коэффициента лучеиспускания данного тела по отношению к коэффициенту лучеиспускания абсолютно черного тела.

Закон Кирхгофа. Закон Кирхгофа устанавливает связь между лучеиспускательной и поглощательной способностью тела. Согласно этому закону, поглощательная способность и степень черноты равны между собой.

е = А, (122).

где А — отношение поглощаемой телом лучистой энергии к общему ее количеству, падающему на тело.

Из закона Кирхгофа следует, что лучеиспускательная способность тела тем выше, чем больше его поглощательная способность. Этим и объясняется наивысшая лучеиспускательная способность абсолютно черного тела, так как для него А = 1, а следовательно, и е = 1.

Наоборот, тела, хорошо отражающие лучистую энергию, сами излучают мало, а для абсолютно белого и абсолютно прозрачного тел лучеиспускательная способность равна нулю.