Цеплавое выпраменьванне

Цеплавое выпраменьванне — электрамагнітнае выпраменьванне, якое ўзнікае за кошт унутранай энергіі цела^[1]. Мае суцэльны спектр, максімум якога залежыць ад тэмпературы цела. Пры астыванні апошні зрушваецца ў даўгахвалевую частку спектра. Цеплавое выпраменьванне выпускаюць, напрыклад, нагрэты метал, зямная атмасфера і белы карлік^[1][2].

Прычынай таго, што рэчыва выпраменьвае электрамагнітныя хвалі, з’яўляецца будова атамаў і малекул з зараджаных часціц, з-за чаго рэчыва працята электрамагнітнымі палямі. У прыватнасці, пры сутыкненнях атамаў і малекул адбываецца іх ударнае ўзбуджэнне з наступным высвечваннем. Характэрнай рысай з’яўляецца тое, што пры асерадненні каэфіцыента выпраменьвання паводле максвелаўскага размеркавання, пачынаючы з энергій hν ∼ kT, у спектры пачынаецца экспанентны завал^[3].

У выпадку, калі выпраменьванне знаходзіцца ў тэрмадынамічнай раўнавазе з рэчывам, то такое выпраменьванне называецца раўнаважным. Спектр такога выпраменьвання эквівалентны спектру абсалютна чорнага цела і апісваецца законам Планка. Аднак ў агульным выпадку цеплавое выпраменьванне не знаходзіцца ў тэрмадынамічнай раўнавазе з рэчывам, такім чынам больш гарачае цела астывае, а халаднейшае наадварот награваецца. Спектр такога выпраменьвання вызначаецца законам Кірхгофа.

Асноўныя паняцці і характарыстыкі цеплавога выпраменьвання

Энергетычная свяцільнасць цела

Энергетычная свяцільнасць цела -${\displaystyle ~R_{T}}$ — фізічная велічыня, якая з’яўляецца функцыяй тэмпературы і колькасна роўная энергіі, якая выпраменьваецца целам за адзінку часу з адзінкі плошчы паверхні ва ўсіх кірунках і па ўсім спектры частот.

${\displaystyle R_{T}={\frac {W}{tS}}}$ ; ${\displaystyle ~[R_{T}]=}$ Дж/с·м² = Вт/м²

Спектральная шчыльнасць энергетычнай свяцільнасці

Спектральная шчыльнасць энергетычнай свяцільнасці — функцыя частаты і тэмпературы, якая характарызуе размеркаванне энергіі выпраменьвання па ўсім спектры частот (або даўжынь хваль).

${\displaystyle R_{T}=\int \limits _{0}^{\mathcal {1}}r_{\omega ,T}d\omega }$

Аналагічную функцыю можна напісаць і праз даўжыню хвалі

${\displaystyle R_{T}=\int \limits _{0}^{\mathcal {1}}r_{\lambda ,T}d\lambda }$

Можна даказаць, што спектральная шчыльнасць энергетычнай свяцільнасці, выяўленая праз частату і даўжыню хвалі, звязаны суадносінамі:

${\displaystyle r_{\omega ,T}={\frac {\lambda ^{2}}{2\pi c}}r_{\lambda ,T}}$

Паглынальная здольнасць цела

Паглынальная здольнасць цела — ${\displaystyle ~a_{\omega ,T}}$ — функцыя частаты і тэмпературы, паказвае, якая частка энергіі электрамагнітнага выпраменьвання, што падае на цела, паглынаецца целам у вобласці частот ${\displaystyle ~d\omega }$ каля ${\displaystyle ~\omega }$

${\displaystyle a_{\omega ,T}={\frac {d\Phi '_{\omega ,T}}{d\Phi _{\omega ,T}}}}$

дзе ${\displaystyle ~d\Phi '}$ — паток энергіі, які паглынаецца целам.

${\displaystyle ~d\Phi }$ — паток энергіі, які падае на цела ў вобласці ${\displaystyle ~d\omega }$ каля ${\displaystyle ~\omega }$

Адлюстравальная здольнасць цела

Адлюстравальная здольнасць цела — ${\displaystyle ~b_{\omega ,T}}$ — функцыя частаты і тэмпературы, паказвае якая частка энергіі электрамагнітнага выпраменьвання, што падае на цела, адлюстроўваецца ад яго ў вобласці частот ${\displaystyle ~d\omega }$ зблізку ${\displaystyle ~\omega }$

${\displaystyle b_{\omega ,T}={\frac {d\Phi ''_{\omega ,T}}{d\Phi _{\omega ,T}}}}$

дзе ${\displaystyle ~d\Phi ''}$ — паток энергіі, які адлюстроўваецца ад цела.

${\displaystyle ~d\Phi }$ — паток энергіі, які падае на цела ў вобласці ${\displaystyle ~d\omega }$ каля ${\displaystyle ~\omega }$

Падрабязней гл. Альбеда

Абсалютна чорнае цела

Абсалютна чорнае цела — гэта фізічная абстракцыя (мадэль), пад якой разумеюць цела, якое цалкам паглынае ўсё электрамагнітнае выпраменьванне, якое падае на яго

${\displaystyle ~a_{\omega ,T}=1}$ — для абсалютна чорнага цела

Падрабязней Абсалютна чорнае цела

Шэрае цела

Шэрае цела — гэта такое цела, каэфіцыент паглынання якога не залежыць ад частаты, а залежыць толькі ад тэмпературы

${\displaystyle ~a_{\omega ,T}=a_{T}<1}$ — для шэрага цела

Аб’ёмная шчыльнасць энергіі выпраменьвання

Аб’ёмная шчыльнасць энергіі выпраменьвання — ${\displaystyle ~U_{T}}$ — функцыя тэмпературы, колькасна роўная энергіі электрамагнітнага выпраменьвання ў адзінку аб’ёму па ўсім спектры частот

Спектральная шчыльнасць энергіі

Спектральная шчыльнасць энергіі — ${\displaystyle ~U_{\omega ,T}}$ — функцыя частаты і тэмпературы, звязаная з аб’ёмнай шчыльнасцю выпраменьвання формулай:

${\displaystyle ~U_{T}=\int \limits _{0}^{\mathcal {1}}U_{\omega ,T}d\omega }$

Варта адзначыць, што спектральная шчыльнасць энергетычнай свяцільнасці для абсалютна чорнага цела звязана са спектральнай шчыльнасцю энергіі наступнымі суадносінамі:

${\displaystyle r_{\omega ,T}=f(\omega ,T)={\frac {c}{4}}U_{\omega ,T}}$ — для абсалютна чорнага цела

Асноўныя законы цеплавога выпраменьвання

• Закон Стэфана — Больцмана
• Закон выпраменьвання Кірхгофа
• Закон зрушэння Віна

Гл. таксама

• Абсалютна чорнае цела

Зноскі

1. М. А. Ельяшевич. Теплово́е излуче́ние // Физическая энциклопедия. В 5 т. (руск.) / Гл. ред. А. М. Прохоров. — М.: Советская энциклопедия (т. 1—2); Большая Российская энциклопедия (т. 3—5), 1988—1999. — ISBN 5-85270-034-7.
2. Белы карлік (нявызн.).
3. А.В. Засов, К.А. Постнов. Излучение абсолютного черного тела // Общая астрофизика. — С. 32.

Літаратура

• Ташлыкова-Бушкевич И. И. Физика. Уч. пособие. В 2 ч. Ч. 2. Минск, 2008

Спасылкі

• На Вікісховішчы пакуль няма медыяфайлаў па тэме, але Вы можаце загрузіць іх
• Цеплавое выпраменьванне (руск.) — артыкул з Вялікай савецкай энцыклапедыі