ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Применение закона Кирхгофа. Абсолютно черное тело из "Оптика " Электромагнитное излучение всех длин волн обусловливается колебаниями электрических зарядов, входящих в состав вещества, т. е. электронов и ионов. При этом колебания ионов, составляющих вещество, соответствуют излучению низкой частоты (инфракрасному) вследствие значительной массы колеблющихся зарядов. Излучение, возникающее в результате движения электронов, может иметь высокую частоту (видимое и ультрафиолетовое излучение), если электроны эти входят в состав атомов или молекул к, следовательно, удерживаются около своего положения равновесия значительными силами. В металлах, где много свободных электронов, излучение последних соответствует иному типу движения в таком случае нельзя говорить о колебаниях около положения равновесия свободные электроны, приведенные в движение, испытывают нерегулярное торможение, и их излучение приобретает характер импульсов, т. е. характеризуется спектром различных длин волн, среди которых могут быть хорошо представлены и волны низкой частоты. [c.682] Излучение тела сопровождается потерей энергии. Для того чтобы обеспечить возмонсность длительного излучения энергии, необходимо пополнять убыль ее в противном случае излучение будет сопровождаться какими-либо изменениями внутри тела, и состояние излучающей системы будет непрерывно изменяться. Указанные процессы могут быть весьма разнообразны, и следовательно, может быть различен и характер свечения. [c.682] Известны процессы излучения, сопровождающие химические превращения внутри тела, — так называемая хемилюминесценция. Сюда относится, например, свечение гниющего дерева или свечение фосфора, медленно окисляющегося на воздухе. В этом случае испускание лучистой энергии идет параллельно с изменением химического состава вещества и уменьшением запаса его внутренней энергии. [c.682] Процессы излучения, вызываемые освещением тела, одновременным или предварительным, объединяются под названием фотолюминесценции. В данном случае для поддержания свечения необходимо подводить к телу энергию в виде излучения, поступающего от внешнего источника. [c.683] Весьма распространен способ возбуждения свечения путем электрического воздействия на излучающую систему. Наиболее распространенным свечением такого рода электролюминесценция) является свечение газов или паров под действием проходящего через них электрического разряда, который может иметь разнообразные формы тлеющий разряд, обычно наблюдаемый в гейсле-ровых трубках, лампы дневного света , электрическая дуга, искра. Во всех таких случаях энергия, необходимая для излучения, сообщается атомам и молекулам газа путем бомбардировки электронами, разгоняемыми электрическим полем разряда. Бомбардировка электронами может вызвать также свечение твердых тел, например, минералов катодолюминесценция). [c.683] Наконец, можно заставить тело светиться, сообщая ему необходимую энергию нагреванием. И в этом случае можно поддерживать излучение неизменным, если убыль энергии, уносимой излучением, пополнять сообщением еоответствующего количества тепла. Последний вид свечения наиболее распространен и называется тепловым излучением. Собственно говоря, такое тепловое излучение имеет место и при низких температурах (например, при комнатной), но только в этих условиях излучение практически ограничивается лишь очень длинными инфракрасными волнами. [c.683] Тепловое излучение тел можно противопоставить всем иным видам излучения в силу особенностей, представление о которых дает следующее рассуждение. [c.683] Наоборот, излучение, возбуждаемое не нагреванием, а какими-либо другими процессами, не будет равновесным. Пусть, например, излучение имеет характер хемилюминесценции, т. е. сопровождает какой-то процесс химического изменения вещества. Поглощение большей или меньшей доли испущенной световой энергии не вернет вещество в его первоначальное состояние. Более того, повышение температуры, вызванное поглощением тепла, обычно ведет лишь к более энергичному протеканию химической реакции. Процесс непрерывного изменения излучающей системы будет продолжаться до тех пор, пока может идти химическая реакция, и, следовательно, система все больше и больше удаляется от первоначального состояния. Равновесие установится только тогда, когда закончится химический процесс, а с ним и хемилюминесценция, и характер установившегося излучения будет определяться температурой нашего тела, т. е. равновесное состояние будет соответствовать опять-таки тепловому излучению. [c.684] То же справедливо и при фотолюминесценции. Внесем в зеркальную полость какое-нибудь фосфоресцирующее вещество, предварительно возбужденное освещением. Свечение нашего тела будет постепенно ослабевать действительно, свет фосфоресценции, отраженный зеркальными стенками, может частично поглощаться нашим веществом и нагревать его однако он не сможет поддерживать длительной фосфоресценции, для возбуждения которой требуется освещение светом более короткой длины волны, чем испускаемый свет (закон Стокса). Значит, и в данном случае будут иметь место постепенное нагревание тела за счет света фосфоресценции и постепенная замена этого излучения тепловым излучением нагретого тела, т. е. излучением, интенсивность и спектральный состав которого определяются температурой тела. Аналогично будет затухать свечение, вызванное кратковременным электрическим разрядом, и заменяться тепловым излучением, соответствующим установившейся температуре системы. [c.684] Таким образом, равновесное излучение всегда имеет характер теплового излучения, причем такое равновесие между излучением и веществом может иметь место для любого тела (твердого, жидкого, газообразного). Это тепловое, или равновесное, излучение подчиняется определенным общим закономерностям, вытекающим из принципов термодинамики, в силу которых установившееся тепловое равновесие изолированной системы не может нарушиться вследствие излучения какими-либо частями данной системы или вследствие каких-либо других тепловых обменов. Тепловое излучение иногда называют температурным. [c.684] Основная величина, характеризующая тепловое состояние тела, есть его температура. Эта величина является определяющей также и в явлениях теплового излучения, что можно без труда усмотреть из следующего грубого опыта. Нагревая какое-либо тугоплавкое вещество (уголь, металл), мы замечаем, что видимое на глаз (темнокрасное) свечение появляется лишь при определенной температуре (около 500° С). По мере повышения температуры свечение становится ярче и обогащается более короткими волнами, переходя примерно при 1500° С в яркое белое каление. Контролируя свечение спектроскопом, мы можем видеть, как по мере повышения температуры постепенно развивается сплошной спектр свечения, начиная от узкой области красного излучения (Я я яа 700,0 нм) и переходя постепенно в полный видимый спектр. Наблюдая свечение при помощи термоэлемента, можно обнаружить и инфракрасное, и ультрафиолетовое излучение нагреваемого тела. [c.685] В этих опытах выясняется и другая важнейшая черта температурного излучения. Спектральный состав излучения, соответствующего данной температуре, для различных хорошо поглощающих веществ (например, окислов различных металлов, угля и т. д.) практически одинаков, но для прозрачных тел излучение может иметь заметно отличный состав. Так, нагревая кусок стали, мы при температуре около 800° С увидим яркое вишнево-красное каление, тогда как прозрачный стерженек плавленного кварца при той же температуре совсем не светится, не испускает видимых (в частности, красных) лучей. Таким образом, обнаруживается большая способность к излучению тел, хорошо поглощающих. Это обстоятельство определяет условия обмена лучистой энергией, ведущего к установлению теплового равновесия между телами. [c.685] ИХ способность к испусканию не может быть одинаковой. Действительно, раз установилось тепловое равновесие, то для каждого тела должно соблюдаться равенство между количеством испускаемой и поглощаемой им в единицу времени энергии. Если два тела поглощают разные количества энергии, то и испускание должно быть различно (Прево, 1809 г.). [c.686] С — излучающий сосуд Q — воздушный термометр. [c.686] показывающий пропорциональность между поглощательной и испускательной способностями поверхности. [c.686] О — излучаюш.ий сосуд 1, Q2 — дифференциальный воздушный термо.метр. [c.686] Правило Прево, устанавливающее связь между способностью тела поглощать и излучать тепло, имело качественный характер. Полстолетия спустя Кирхгоф (1859 г.) придал ему вид строгого количественного закона, играющего основную роль во всех вопросах теплового излучения. [c.687] Для характеристики теплового излучения мы воспользуемся величиной потока энергии Ф, т. е. количества энергии, излучаемого в единицу времени (мощность излучения). Поток, испускаемый единицей поверхности излучающего тела по всем направлениям, будем называть испускательной способностью и обозначим через Е. Определенная таким образом испускатель-ная способность соответствует светимости (см. Введение, фотометрические понятия) и иногда называется энергетической светимостью. Наряду с ней можно рассматривать и энергетическую яркость В, определяемую аналогично яркости при фотометрических измерениях. Для черного тела яркость не зависит от направления, так что Е = кВ (см. 7). [c.687] Таким образом, величина светового потока с1Ф данного спектрального интервала связана с шириной этого интервала iiv соотношением с1Ф = vdv, где v — коэффициент, характеризующий ис-пускагпельную способность нашего тела для частоты V. [c.688] = Е ) 1с, т. е. при переходе от кривой v к кривой Е вид кривой трансформируется (см. рис. 36.3). В частности, положение максимумов на той и другой кривой соответствует разным частотам (длинам волн). Поэтому всегда надлежит указывать, какая из кривых имеется в виду. В теоретических расчетах чаще встречается кривая Е ,, в результатах экспериментальных измерений — чаще Е%. [c.688] Вернуться к основной статье