Абсолютно черная полость

Рассмотрим равновесное состояние электромагнитного излучения, заключенного в кубический объем V при температуре Т. Такую систему иногда называют абсолютно черной полостью . Практически такой системой может быть полость в нагретом до некоторой температуры теле, в которой создан полный вакуум. Атомы стенок полости непрерывно испускают и поглощают электромагнитное излучение, так что в состоянии равновесия в полости должно быть некоторое количество электромагнитного излучения и ничего более. Если полость достаточно велика, то термодинамические свойства излучения в полости не должны зависеть от природы стенок. Соответственно этому можно наложить на поле излучения любые подходящие граничные условия. [c.278]

Фотоны подчиняются статистике Бозе, поскольку они неразличимы, причем одними и теми же значениями кие может обладать любое число фотонов. Вследствие того, что атомы могут поглощать и испускать фотоны, число фотонов в абсолютно черной полости не является заданным. [c.279]

Абсолютно черная полость 278 Абсолютный нуль температуры, недостижимость 39 [c.512]

В природе не существует тел, совпадающих по своим свойствам с абсолютно черным телом. Тела, покрытые слоем сажи или платиновой черни, имеют поглощательную способность Л ., близкую к единице лишь в ограниченном интервале длин волн. В далекой инфракрасной области их поглощательная способность заметно меньше единицы. Однако можно создать устройство, которое по своим свойствам очень близко к абсолютно черному телу. Такое устройство представляет собой почти замкнутую полость с диффузно отражающими стенками, имеющую небольшое отверстие (рис. 24.2). Любой луч, попавший внутрь полости через отверстие, выйдет из него обратно лишь испытав многочисленные отражения. Пусть при одном падении луча на внутреннюю поверхность отражается /г-я доля светового потока. При п падениях отразится доля, выражаемая величиной Так как к всегда меньше единицы, то при достаточно большом п величина станет очень малой. Таким образом, лишь ничтожная часть лучей, упавших на отверстие, выйдет обратно и поглощательная способность отверстия будет для всех длин волн близка к единице ). Размеры отверстия, при котором полость можно считать с определенной точностью абсолютно черным телом, зависят от величины к. Так, при й=0,4 полость можно считать абсолютно черным телом с точностью до 0,1 %, если диаметр d отверстия равен 1/10 диаметра О полости. При к= та же точность обеспечивается при d D l6. [c.134]

ПОЛОСТИ распространяется внутри нее, частично отражаясь от стенок, частично поглощаясь последними. В результате внутри полости установится равновесие между испусканием и поглощением и она будет заполнена электромагнитными волнами разной длины, поляризации и интенсивности, хаотически движущимися во все стороны. Выходя из отверстия, это излучение будет определять испускательную способность абсолютно черного тела, находящегося при температуре Т, равной температуре стенок. [c.135]

Осуществив практически описанную модель абсолютно черного тела, можно исследовать излучение, выходящее из отверстия в полости. Направляя это излучение па чувствительный приемник (термопара, болометр и др.), можно измерить интегральное излучение г- Если предварительно разложить излучение с помощью подходящего спектрального прибора в спектр, то можно детально изучить спектральный состав теплового излучения и найти на опыте функцию е, т- Результаты таких измерений приведены на рис. 24.3. Разные кривые относятся к различным температурам абсолютно черного тела. Площадь, охватываемая кривой, дает испускательную способность абсолютно черного тела при соответствующей температуре. [c.135]

Заметим, что в природе абсолютно черных тел, строго говоря, не существует. Достаточно хорошей моделью такого тела может служить замкнутая полость с маленьким отверстием (диаметр отверстия не должен быть больше поперечника самой полости). Излучение, попадающее через отверстие внутрь полости, практически уже не может выйти наружу и в конечном счете полностью поглощается ее стенками. Модель абсолютно черного тела показана на рис. 2.1 именно такие устройства использовали в опытах с абсолютно черным телом. [c.38]

В природе пет тел с такими абсолютными свойствами, однако многие тела можно отнести приближенно к тому или иному классу. Например, приблизительно черная сажа (а = 0,95), еще более черной является платиновая чернь. Наилучшим приближением к абсолютно черному телу является малое отверстие в стенке протяженной полости. Излучение, попавшее через это отверстие внутрь полости, в результате многократного отражения от стенок практически полностью поглотится, так что коэффициент поглощения отверстия можно считать равным единице. Согласно второму началу, излучение в полости по своему спектральному составу и такое же, как в полости с черными стенками, т. е. определяется только температурой стенок и совершенно не зависит от природы вещества стенок [в противном случае можно было бы построить вечный двигатель второго рода (см. задачу 10.15]. Поэтому излучение, испускаемое отверстием, по интенсивности и спектральному составу идентично излучению абсолютно черного тела с температурой Т, причем [c.208]

Поскольку плотность энергии излучения в полости всюду одинакова, то на единицу площади поверхности каждого тела падает в 1 с одно и то же количество энергии Ф с1у . Если г.у — испускательная способность абсолютно черного тела, то при равновесии Ф с1у = р. (1у и [c.210]

Как известно, отверстие в полости ведет себя как черная поверхность и излучение, покидающее через нее полость, по интенсивности и спектральному составу идентично излучению абсолютно черного тела с температурой Т. Вычислим, какую энергию в интервале частот dv испускает за I с полость через отверстие площадью d5 при плотности излучения в полости. [c.355]

Примером равновесного излучения является излучение в эвакуированной полости, стенки которой имеют постоянную и одинаковую повсюду температуру. Выходящее из такой полости через тонкое отверстие излучение называют черным излучением (или излучением абсолютно черного тела). [c.161]

Для доказательства (13.26) рассмотрим процесс теплообмена между двумя абсолютно черными телами малым диском (тело 1), который расположен внутри большой замкнутой полости, и замкнутой полостью (тело 2). Пусть оба тела имеют одинаковую температуру, а в полости поддерживается вакуум. В указанных условиях теплообмен между телами / и 2 может осуществляться только излучением. Если черное тело 1 излучает R теплоты (энергии излучения), то столько же R ) оно должно поглощать. В противном случае температура тела / становилась бы либо больше, либо меньше начальной. Самопроизвольное изменение температуры тел, составляющих изолированную изотермическую систему, в соответствии со вторым законом термодинамики невозможно. [c.282]

Величины а, р, т называют коэффициентами поглощения, отражения, пропускания тела. Теоретически возможны три предельных случая 1)а = 1, р = 0, т = 0 — абсолютно черное тело, поглощающее все падающее на него излучение независимо от направления падающего излучения, его спектрального состава и поляризации 2) а = О, р = 1, т = О — абсолютно белое тело, отражающее все излучение полностью 3) а = О, р = О, т = 1 —абсолютно прозрачное тело, пропускающее лучистую энергию без потерь. В природе отсутствуют тела с такими предельными свойствами. Однако абсолютно черное тело может быть реализовано в виде полости с малым отверстием. Попавшее в эту полость излучение практически полностью поглощается из-за многократных отражений. [c.145]

Примером равновесного излучения может служить излучение в эвакуированной полости, стенки которой повсюду имеют постоянную и одинаковую температуру. Выходящее из такой полости через узкое отверстие излучение называют черным излучением (или излучением абсолютно черного тела). Черное излучение можно считать газом, состоящим из световых частица — фотонов. [c.465]

Для характеристики теплового излучения удобным оказалось понятие абсолютно черного тела (АЧТ), т. е, тела, поглощающего все попадающее на него излучение. Излучение АЧТ описывается аналитически, оно является функцией только его температуры. Физической моделью АЧТ может служить замкнутая полость с отверстием, значительно меньшим ее габаритов. [c.118]

Исходя из изложенных общих представлений, определим условия равновесия между излучением и веществом. Для удобства вывода предположим, что в полости абсолютно черного тела при постоянной температуре находится небольшое количество атомов или молекул, энергетические уровни которых fj, 2, 3.....Е , [c.18]

Переходя от объемной плотности энергии внутри полости и (v, Т) к интенсивности излучения абсолютно черного тела /о (v, Т), можем переписать формулу (1-22) в виде [c.22]

Если в оболочке полости сделать теперь бесконечно малое отверстие, то выходящая из этого отверстия энергия излучения абсолютно черного тела будет иметь объемную плотность и, равную плотности энергии излучения внутри полости. [c.28]

Вследствие выхода энергии из полости абсолютно черное тело теряет количество теплоты dQ, которое согласно первому закону термодинамики равно [c.28]

Рассмотрим идеальный термостолбик, у которого потери тепла вследствие теплопроводности сведены к нулю. Пусть фронтовая сторона приемной пластинки такого термостолбика является абсолютно черной, а тыльная сторона обладает высокой отражательной способностью. Тогда в первом приближении можно считать, что фронтовая поверхность приемной пластинки полностью поглощает все падающие на нее излучения, а тыльная поверхность ничего не излучает. Стенки полости прибора будем рассматривать, как абсолютно черные с постоянной во всех точках температурой [c.271]

Чем выше поглощательная способность материала оболочки и чем меньше телесный угол w, тем выше коэффициент поглощения полости и тем лучше она приближается к физическому абсолютно черному телу. [c.285]

Таким образом, малое отверстие в большой равномерно прогретой полости излучает, как абсолютно черное тело, и его яркость не зависит от величины поглощательной способности стенок оболочки. Величина влияет лишь на выбор геометрических размеров оболочки и отверстия необходимых для получения заданной степени черноты Очевидно, что если при низких значениях а для полу чения требуемой степени черноты полости выходное отвер стие должно быть достаточно малым по сравнению с раз мерами полости, то при высоких а эта же степень чер ноты может быть достигнута при сравнительно большем отверстии. Так как при визировании на модель абсолютно черного тела желательно иметь возможно большее отверстие, то при заданных размерах оболочки ее поглощательную способность надо выбирать возможно более высокой. [c.287]

Наряду с телесным углом ш и коэффициентом поглощения оболочки большое влияние на величину поглощательной способности полости, имитирующей абсолютно черное тело, оказывают также однородность диффузно отраженного от оболочки излучения и равномерность температуры по поверхности оболочки. При больших значениях коэффициента поглощения стенок оболочки [c.287]

Как видно из сравнения формул (7-59) и (7-61), снижение температуры донышка АТ вследствие выхода излучения из полости через отверстие полностью компенсируется приростом температуры ЛТ" вследствие перегрева боковой поверхности оболочки. Таким образом, в условиях поставленной задачи расчет суммарного излучения абсолютно черного тела можно с достаточной степенью точности вести по температуре Т без учета каких-либо температурных поправок. Для монохроматического излучения поправки АТ и АТ" могут существенно отличаться друг от друга и должны учитываться при расчетах. [c.289]

Для более равномерного обогрева полости иногда устанавливаются дополнительные нагревательные обмотки по концам труб. На рис. 7-13 показана модель абсолютно черного тела с тремя электронагревательными обмотками, 290 [c.290]

В качестве простейшей приближенной модели абсолютно черного тела может быть также использована коническая или клиновидная полость с полированными стенками. Схематически такая модель абсолютно черного тела показана на рис. 7-18. [c.294]

Абсолютно черным практически является любое твердое тело, покрытое слоем сажи или ламповой копоти. Однако наиболее близко к свойствам абсолютно черного тела подходит маленькое отверстие, сделанное в полости с непрозрачными стенками и с поглощающей внутренней поверхностью. Очевидно, пронизывающая это отверстие извне лучистая энергия, падая на стенки полости, испы- [c.190]

В настоящее время в науке и технике широкое применение получили методы низкотемпературной радиационной пирометрии. В данной статье описаны конструкции многокамерных черных тел с диаметрами излучающей площади 250 мм и 500 мм и степенью черноты 0,993 и приводятся результаты их лабораторных испытаний. Для градуировки приемников ИК излучения и радиометров, воспринимающих радиацию в пределах большого телесного угла, необходимо иметь эталонные источники излучения с большой излучающей площадью, близкие по своим свойствам к абсолютно черному телу. Изготавливать такие источники в виде равномерно нагретой полости с одним отверстием для выхода излучения нецелесообразно, так как для обеспечения высокой степени черноты полость должна иметь большие размеры. Например, в цилиндрической конструкции черного тела глубина полости обычно в 5 10 раз больше диаметра излучающей площади [1, 2]. Даже применение специальных зачерняющих покрытий и гофрированного дна [3] не позволяют значительно сократить величину этого отношения. Добиться равномерности нагрева большой полости трудно. Кроме того может возникнуть много неудобств при практическом использовании такого излучателя из-за его больших размеров. [c.66]

На этом свойстве замкнутых систем основано построение абсолютно черных излучателей. Так, например, если в оболочке замкнутой системы (рис. 5-3), имеющей во всех точках внутренней полости одинаковую темпера-60 [c.60]

В природе таких тел не существует, однако различные тела в той или иной мере могут по своей поглощательной способности приближаться к абсолютно черному телу. Физической моделью абсолютно черного тела является большая равно-мерно нагретая полость с малым выходным отверстием. Абсолютно черное тело обладает наибольшей излучатель-ной способностью по сравнению с любым реальным телом, находящимся при одинаковой с ним температуре. [c.196]

Теперь рассмотрим процесс теплообмена между нечерным д Ском из материала с коэффициентом поглощения а (тело 1) н поверхностью абсолютно черной полости (тело 2). Тело 2 излучает энергии излучения. Тело / поглотит количество энергии излучения, равное aRg] излучательность R тела 1 в соответствии со вторым законом термодинамики равна количеству поглощенной энергии излучения, т. е. R=aR ,, что и требовалось доказать [см. (13.26)], [c.282]

Теперь рассмотрим процесс теплообмена между нечерным диском из материала с коэффициентом поглощения а (тело 1) и поверхностью абсолютно черной полости (тело 2). Тело 2 излучает Ео лучистой энергии. Тело 1 поглотит лучистую энергию, равную аЕ ] излучательность Е тела 1 в соответствии со вторьш законом термодинамики равна поглощенной лучистой энергии, т. е. Е аЕо, что и требовалось доказать [см. (33.33)]. [c.410]

Рис. Ь. Полная плотность потока солнечной радиация, измерен- ная на орбите Земли, обнаруживает флуктуации, коррелирующие с прохождением солнечных пятен по видимому диску, Плотщость потока солнечной радиации, измеренная радиометром с абсолютно черной полостью в ходе исследований по ирог мме Солнечного максимума, представлена как процентное отклонение от средневзвешенного значения за первые 153 дня исследований по этой программе. Отдельные точки дают среднюю энергетическую освещенность на дневной час ти орбиты вертикальными отрезками, проведенными через каждую точку, показаны стандартные ошибки этих орбитальных средних. Большие спады вблизи 100 и 145 дней связаны с прохождением больших областей солнечных пятен по солнечному диску. Средневзвешенная солнечная постоянная за время измерений равна 1368,31 Вт/м на р.асстояния I астрономической единицы от Солнца. (Из статьи Г25], с разрешения Лаборатории реактивного движения Калифорнийского тех-кологического института.)

Вывод закона Кирхгофа. Выведем закон Кирхгофа, исходя из термодинамических соображений. Пусть внутри полости с идеально отражающими стенками, непроницаемыми для электромагнитных волн, находятся два тела М — абсолютно черное и N — произвольное (нечерное) тело (рис. [c.325]

По Рэлею, число собственных частот, укладывающихся в интервале (v, V + dv), пропорционально объему полости V, квадрату частоты и ширине интервала, т. е. dN Vv4v. Пользуясь законом равномерного распределения энергии равновесной системы по степеням свободы и учитывая, что на каждую колебательную степень свободы в классической физике приходится энергия, равная kT (1/2 kT на кинетическую, 1/2 kT на потенциальную), Рэлей получил следующее выражение для излучательной способности абсолютно черного тела [c.330]

Пусть в замкнутой полости наряду с другими телами имеется черное тело, поглощательная способность К(5торого а, = 1. Температура всех тел в состоянии равновесия одинакова. Тела, находящиеся в полости, обмениваются излучением, но этот обмен не нарушает теплового равновесия. Поэтому излучение o.dS, посылаемое внутрь полости в единицу времени каким-то участком стенки черного тела, равно излучению, поглощаемому им за то же время. Так как черное тело поглощает все падающее на него излучение, то r dS характеризует все излучение, доходящее до выделенного участка стенки от всех остальных тел, находящихся в полости. Заменим 68 другой площадкой с той же температурой, но не являющейся частью черного тела и ха-рактеризуюишйся испускательной и поглощательной aj способностями. За единицу времени эта площадка 6S по-прежнему получает излучение odS, ибо это есть излучение, приходящее от всех остальных тел, оставшееся неизменным. Из этого излучения площадка поглощает только часть, равную ai,)r t3A . За это же время она излучает поток энергии ri (3S. Так как тепловое равновесие не может нарушаться этим обменом энергий, то ai r)dS = ri dS, откуда rxJa ) г, — отношение испускательной способности к поглощательной, одинаковое для всех тел (т.е. представляет собой универсальную функци)о температуры и длины волны) и равное испускательной способности абсолютно черного тела. [c.404]

На таком же принципе основано устройство тела, наиболее приближающегося по своим свойствам к абсолютно черному. Оно изготовляется в виде почти замкнутой полости (рис. 36.6), снабженной маленьким отверстием, диаметр которого не больще 1/10 поперечника полости, так что отверстие видно из точек стенки под телесным углом, не большим 0,01 ср. Излучение, проникающее через отверстие, падает на стенки полости, частично поглощается ими, частично рассеивается или отражается и вновь попадает на стенки. Вследствие малых размеров отверстия луч должен [c.692]

Для создания моделей абсолютно черных тел с большой излучающей площадью целесообразно использовать принцип многока-мерности [4, 5], то есть одну большую полость заменить группой небольших полостей или ячеек, которые отвечают следующим требованиям [c.66]

Погрешность пирометрических измерений связана с неточностью определения коэффициентов черноты тела. Абсолютно черное тело воспроизводится [18] с некоторой степенью приближения с помощью изотермичной полости со скошенной задней стенкой, внутри которой поглощается вся энергия, излучаемая отдельными частями. Метод определения яркостных температур с выделением сравнительно нешироких рабочих спектральных участков надежнее методов измерения температур тел по их суммарному излучению. Однако измерение температур тел по инфракрасному излучению характеризуется рядом особенностей, которые необходимо учитывать. По мере уменьшения температуры тел максимум кривых распределения [c.67]

К абсолютно черным телам приближаются сажа и платиновая чернь. Лучепоглощательная способность сажи у4я = 0,98. Идеально черный поглотитель лучистой энергии был предложен русским ученым В. А. Михельсоном в 1893 г. Пусть имеется почти закрытый сосуд (ри 26). Допустим, что в малое отверстие О полости М попадает луч света. Поглощающая способность стенок полости пусть будет Ах = 0,6. После первого попадания луча на стенку 0,6 его энергия поглотится стенками и только 0,4 рассеянно отразится. После многократного попадания луча на стенку полости при рассеянном отражении энергия его почти полностью поглощается. Стенки полости тела будут поглощать энергию лучей при любой его температуре. Если нагреть это тело, оно будет излучать энергию как абсолют о черное. [c.128]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...