Законы излучения АЧТ

Закон Кирхгофа: отношение излучательной способности реального тела e к его поглощательной способности А есть величина постоянная и равная излучательной способности абсолютно чёрного тела с такой же площадью поверхности и находящегося при такой же температуре: . Откуда получим: . Так как для реальных тел А<1, т.е. часть электромагнитных волн, падающих на них, отражается, то, следовательно, реальные тела излучают слабее, чем идеальное АЧТ: .

Закон Стефана-Больцмана: энергия теплового излучения АЧТ пропорциональна четвёртой степени его термодинамической температуры: , где (Вт/м²×К⁴) - постоянная Стефана-Больцмана.

Тогда, по закону Кирхгофа, излучательная способность реального тела равна: , в этом случае величину Аназывают "коэффициентом серости" тела. Так как ~A, то можно утверждать, что чем чернее тело, тем сильнее оно излучает электромагнитные волны. В этом кроется физическая причина тёмного цвета кожи африканцев: у темнокожих людей механизм терморегуляции посредством излучения более эффективен, чем у светлокожих.

Закон смещения Вина: длина волны , соответствующая максимуму теплового излучения абсолютно чёрного тела, обратно пропорциональна его термодинамической температуре: , где (м×К) - постоянная Вина.

Пример: изменение цвета нагреваемого тела от "красного каления" к "белому", а затем и к "синему" калению по мере повышения температуры.

Оптическая пирометрия - бесконтактный метод измерения высоких температур, использующий зависимость спектра теплового излучения тел от температуры (в основном используют закон Вина). Именно этот метод позволил определить температуру космических объектов (в частности, так определили температуру фотосферы Солнца К), расплавленных веществ и др.

Но законы Стефана-Больцмана и Вина не описывают зависимость интенсивности J теплового излучения тела от длины волны l и температуры Т. Эту зависимость установил в 1900 г. Макс Планк, выдвинув гипотезу квантования энергии электромагнитного поля. Ввиду довольно сложного характера формулы, выражающей зависимость , мы её не приводим.

Оптические спектры

Различают три вида спектров: сплошные, линейчатые и полосатые.

Линейчатые спектры излучаются изолированными (не взаимодействующими друг с другом) возбуждёнными атомами при их переходе из более высокого в более низкое энергетическое состояние (уровень). Линейчатые спектры имеют одноатомные газы (инертные газы, пары металлов).

Полосатые спектры излучаются изолированными молекулами, переходящими из возбуждённого (с большей энергией) в менее возбуждённое или даже в основное энергетическое состояние (с минимальной энергией). Это излучение обусловлено как электронными переходами в атомах, так и колебательными движениями самих атомов в молекуле. Такие спектры характерны для газов, состоящих из многоатомных молекул (кислород, углекислый газ, водяной пар и т.д.).

Сплошные спектры излучаются совокупностями многих взаимодействующих между собой молекулярных и атомных ионов. Основную роль в излучении играет хаотическое движение этих частиц (колебательное и вращательное), обусловленное высокой Т. Сплошные спектры характерны для раскалённых твёрдых и жидких тел, а также для сжатых газов.

Для каждого химического элемента (находящегося в состоянии разреженного газа!) характерен вполне определённый линейчатый спектр излучения (по числу, цвету, интенсивности спектральных линий и их взаимному расположению). Кроме того, согласно закону Кирхгофа для оптических спектров: газы поглощают излучение точно на тех же l, что и излучают. На этом факте основан метод оптической спектрометрии. Ниже приведена схема оптического спектрометра.

Идентификация - по расположению тёмных полос (полос поглощения) на оси частот (т.е. – на экране), а определение концентрации - по интенсивности этих полос.