ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Испускание электромагнитной энергии из "Основы радиационного и сложного теплообмена " Все тела в природе обладают определенным запасом теплоты. Тепловое движение частиц тела, сопровождаемое их взаимодействием между собой, возбуждает движение электрических зарядов, входящих в состав атомов вещества, а это, в свою очередь, приводит к излучению электромагнитной энергии рассматриваемым телом. Таким образом, все тела в той или иной степени излучают электромагнитную энергию и в то же время поглощают падающую на них энергию излучения, испускаемую другими телами, превращая ее в теплоту. В результате теплового излучения и поглощения электромагнитной энергии возникает процесс обмена энергией между телами, который называется теплообменом излучением или радиационным теплообменом. [c.21] Возбуждение излучения тела за счет его облучения а-, р.- и Y-лучами осит название радиолюминесценции. И, наконец, непосредственное шревращение химической энергии в излучение при различных химических реакциях называется хемилюминесценцией. Если эти хи-М ические реакции протекают в живых организмах и являются результатом их жизнедеятельности, то сопровождающий их Процесс хемилюминесценции носит название б иол ю ми н е с цен ци и. [c.22] Гораздо сложнее обстоит дело при испускании энергии молекулами, которое имеет место при температура ( ниже 8 ООО—12 ООО К, поскольку при более высоких температурах молекулы диссоциируют на атомы. Если отдельный атом излучает за счет колебания его электронов относительно равновесного состояния, то испускание молекулы помимо электронного движения может происходить также за счет колебательного и вращательного движений. В силу различных причин центры тяжести положительных и отрицательных зарядов, входящих в состав молекулы, могут смещаться относительно друг друга. Молекула при этом становится электрически полярной, обладающей дипольным моментом. Колебания электрических зарядов внутри молекулы, представляющие собой периодическое изменение их взаимного расположения, а также вращательное движение всей молекулы в целом вызывают в соответствии с законами электродинамики испускание электромагнитной энергии молекулой. Таким образом, молекула испускает электромагнитную энергию за счет электронного, колебательного и вращательного движений, что, естественно, приводит к более сложному распределению спектральных линий по сравнению с испусканием атома. За счет слияния большого числа спектральных линий опектры излучения молекул часто имеют так называемую полосатую структуру. [c.23] Особое место занимает испускание вещества, когда электрически заряженные частицы находятся в свободном (не связанном между собой) состоянии и движутся относительно друг друга. К этим случаям относятся, например, ионизированный газ (плазма), наличие свободных электронов в металле. Свободный электрон, пролетая в электрическом поле иона, либо может быть захвачен ионом (фоторекомбинация), либо потерять часть своей кинетической энергии на испускание (тормозное излучение). И в том и в другом случае избыток кинетической энергии электрона превращается в энергию электромагнитного излучения. [c.23] Испускание энергии атомами на основании квантовой теории объясняется следующим образом. В атомной системе, состоящей из положительного ядра и движущихся вокруг него электронов, последние могут находиться (в связанном состоянии) только на определенных дискретных энергетических уровнях по отношению к основному невозбужденному состоянию с минимальной энергией. В свободном состоянии электрон (ионизированный атом) может обладать любой энергией. Переход электрона в атоме из состояния с большей энергией в состояние с меньшей энергией сопровождается испусканием кванта, а его поглощение атомом приводит к обратному электронному переходу. [c.24] По своему типу все электронные переходы делятся на связанно-связанные, связанно-свободные (свободносвязанные) и свободно-свободные. [c.24] В случае свободно-свободного перехода электрон и в начальном п в конечном состояниях остается свободным. Двигаясь в электрическом поле иона, свободный электрон может либо испустить квант, отдав ему часть своей кинетической энергии, либо поглотить квант, приобретя вследствие этого дополнительную кинетическую энергию. Свободно-свободные переходы называют тормозными, исходя из механических представлений торможения электрона за счет потери им кинетической энергии на испускание кванта. Начальное и конечное энергетические состояния электрона при сво-бодно-свободных переходах, определяемые его скоростью, могут быть произвольными, вследствие чего их спектр также имеет непрерывный характер. [c.25] Рассмотренные процессы испускания электромагнитной энергии относятся к неподвижным и отдельно взятым атомам и молекулам. Если же рассматривать совокупность движущихся и взаимодействующих ме.ж-ду собой частиц, из которых состоит реальное вещество, то спектр их излучения будет иным по сравнению со спектром отдельной неподвижной частицы. Прежде всего за счет эффекта Допплера тепловое движение излучающих атомов, молекул, ионов приводит к изменению частоты излучения частицы относительно неподвижной системы координат. Это в свою очередь приводит к так называемому допплеровскому уширению спектральных линий. К уширению линий приводит также столкновение частиц между собой, вызывающее сокращение времени жизни возбужденного состояния и возмущение или смещение уровней. Оба фактора (эффект Допплера и взаимодействие частиц между собой) проявляются тем сильнее, чем выше температура и давление вещества. Таким образом, спектры излучения зависят как от химической природы излучающих веществ (определяющей структуру атомов и молекул), так и от термодинамических параметров (температуры и давления), при которых данное вещество находится. [c.26] Сумма спонтанного и индуцированного испускания определяет полное количество испускаемой веществом электромагнитной энергии и называется собственным излучением. [c.27] Физически спектральная объемная плотность собственного излучения характеризует количество энергии, которое спонтанно и индуцированно испускается единицей объема среды за единицу времени, отнесенное к единице частотного интервала. [c.29] Аналогичное соотношение получается и для полной интенсивности собственного излучения поверхности. [c.31] В общем случае зависимость удельной силы излучения от направления может быть самой разнообразной. [c.31] Вернуться к основной статье