Законы термодинамически равновесного излучения

Материал книги представлен в трех частях. В ч. 1 даны основные понятия теории теплового излучения, рассмотрены законы взаимодействия электромагнитной энергии и вещества и законы термодинамически равновесного излучения. [c.5]

С этой целью в первой части настоящей книги изложены физические основы теплового излучения. Рассмотрены природа электромагнитной энергии, процессы испускания и взаимодействия излучения и вещества. Дано понятие ноля излучения и основных характеризующих его величин, необходимых при рассмотрении процессов радиационного теплообмена. Затем изложены законы термодинамически равновесного излучения, позволяющие связать процессы теплового излучения с температурой и радиационными параметрами вещества. [c.9]

Законы термодинамически равновесного излучения [c.58]

Исходя из термодинамических соображений рассмотрим вывод закона Стефана — Больцмана, дающего зависимость интегральной объемной плотности равновесного излучения в вакууме от температуры системы,. [c.66]

При выводе закона смещения Вин использовал термодинамические представления. Он рассмотрел процесс адиабатического сжатия равновесного излучения, находящегося в вакуумированной полости, с помощью зеркально отражающего поршня. Если процесс сжатия вести бесконечно медленно, то заключенное в полости [c.69]

Помимо решения Вина были предприняты и другие попытки найти распределение спектральной плотности равновесного излучения, исходя из соотношений классической электродинамики. Такой подход был осуш,ест-влен Рэлеем 1[Л. 323] и Джинсом [Л. 324]. Рассматривался газ, находящийся в состоянии термодинамического равновесия и представляющий собой совокупность огромного числа гармонических осцилляторов, излучающих энергию для всех длин волн. В соответствии с законами электродинамики количество энергии, излучаемой гармонически колеблющимся осциллятором в единицу времени, равно [c.73]

Выше были рассмотрены качественные и количественные характеристики равновесного излучения. Используя эти результаты, можно решить следующую важную задачу — установить зависимость излучательных и поглощательных свойств тел и сред, находящихся в условиях термодинамического равновесия. Эти зависимости подчиняются закону Кирхгофа [Л. 325], установленному в прошлом столетии. [c.77]

Естественно возникает вопрос, насколько справедливым является принятие гипотезы локального термодинамического равновесия, позволяющей распространить законы равновесного излучения на реальные случаи процессов радиационного теплообмена. Ответ на этот вопрос зависит от конкретных условий, при которых протекает теплообмен излучением. Ряд оценочных расчетов показывает, что при не очень больших плотностях результирующего излучения (теоретически при [c.86]

Когда лучистая энергия находится в термодинамическом равновесии с окружающими ее телами, излучение называется равновесным. К равновесноМу излучению могут быть применены общие законы термодинамики. [c.127]

В недрах звёзд, от центра и практически до фотосферы, справедливо приближение лучистой теплопроводности, в соответствии с к-рым для в (1) используется термодинамически равновесное, определяемое законом Планка, значение = (4я/с)Д (Т), где В (7 ) — равновесная интенсивность излучения см. Планка закон излучения). В результате [c.325]

Раздел 2 — Термодинамика квазистатических (обратимых) процессов и состояний равновесия (обратимые изотермические процессы свободная энергия системы математические теоремы об интегрирующем множителе линейных форм в полных дифференциалах основное уравнение термодинамики обратимых процессов энтропия равенство Клаузиуса следствия основного уравнения термодинамики обратимых процессов, относящиеся к равновесным состояниям общие формулы, относящиеся к свободной энергии абсолютная термодинамическая температурная шкала цикл Карно следствия второго начала,. касающиеся обратимых процессов расширения и нагревания газа или жидкости связь эффекта Джоуля—Томсона с уравнением состояния применение этого эффекта для охлаждения газов магнитный метод охлаждения термодинамика гальванического элемента равновесное излучение закон Кирхгофа закон Стефана—Больцмана для равновесного излучения характеристические функции). [c.364]

Пользуясь формулой Планка, уточним значения постоянных в законах Стефана — Больцмана (115.4) и Вина (116.14), а также (116.15). Очевидно, что эти законы должны быть следствиями формулы Планка, так как последняя является частным случаем общей термодинамической формулы Вина (116.9). Согласно формуле Планка, интегральная плотность энергии равновесного излучения в вакууме равна [c.701]

При полном термодинамическом равновесии все части системы тел имеют одну темп-ру, и энергия Т. и., испускаемого каждым телом, компенсируется энергией поглощаемого этим телом Т. и. др. тел. В этом случае детальное равновесие имеет место и для излучательных переходов, Т. и. находится в термодинамич. равновесии с в-вом и наз. равновесным излучением (равновесным явл. Т. и. абсолютно чёрного тела). Спектр равновесного излучения не зависит от природы в-ва и определяется Планка законом излучения. [c.746]

Универсальное соотношение между спектрами поглощения и люминесценции Степанова. Б. И. Степанов, исходя из самых общих термодинамических соображений, не учитывающих индивидуальных особенностей конкретных молекул, получил универсальное соотношение между их спектрами поглощения и люминесценции. При этом он базировался на представлении, что за время между актами поглощения и люминесценции (за время, меньшее, чем т) успевает установиться равновесное распределение возбужденного электронного состояния, определяемого температурой среды. В этих условиях распределение энергии в спектре люминесценции сложных молекул должно совпадать с распределением энергии в спектре теплового излучения тех же молекул, которое определяется законом Кирхгофа. Установленное на основе этих соображений универсальное соотношение Степанова имеет вид [c.177]

Формула (10.71) выражает закон смещения Вина длина волны, на которую приходится максимум спектральной плотности энергии Ui равновесного черного) излучения, обратно пропорциональна термодинамической температуре . [c.212]

Как известно, в работах, посвященных термодинамике произвольных необратимых процессов, в качестве основных параметров широко используются термодинамические параметры, для которых определения существуют только в случае равновесных состояний. При этом, однако, предполагается, что термодинамическим параметрам неравновесных процессов может быть придан определенный смысл методами статистической физики. Это позволяет их применять также и в феноменологических рассмотрениях. В связи с этим отметим, что по свидетельству Планка, даже Кирх-гофф хотел ограничить понятие энтропии обратимыми процессами. Твердая уверенность в общности этого понятия, которую Планк выразил уже в своей Диссертации, привела его в 1900 г. к закону излучения и К теории квантов [20]. [c.45]

Некоторые исследователи [184—187] считают, что равенство (10-20) без каких-либо специальных обоснований может быть принято для описания переноса лучистой энергии. Такая постановка вопроса неправильна. Основным является уравнение переноса, уравнение же (10-20) — приближенное, и законность его применения должна контролироваться на основе уравнения переноса. Оно хорошо аппроксимирует " явления переноса излучения в условиях, близких к термодинамическому г равновесию [4 181], но чем больше состояние системы отличается от равновесного, тем большей получается ошибка в результате его при- J менения. S [c.306]

Н. Г. Басов и А. М. Прохоров предложили так называемый метод трех уровней, в котором для получения инверсии населенности уровней используется некоторое вспомогательное излучение (подкачка). В дальнейшем этот метод был удачно развит Н. Б ломбер геном. Поясним его пусть трехуровневая система состоит из трех уровней (рис. УП. 1, б), из которых 1 — основной, 2 я 3 —уровни возбужденного состояния. Согласно закону распределения Больцмана, в равновесном состоянии населенность уровня / значительно больше населенности уровней 2 и 5. Под влиянием внешнего излучения с частотой 1,3 наступает новое состояние термодинамического равновесия, при котором количества атомов, находящихся на уровнях 1 я 3, равны. [c.433]

Рассмотрим очень сильную ударную волну, распространяющуюся по холодному газу, и предположим, что потоки излучения по обе стороны фронта равны нулю. Предположим также, что за фронтом ударной волны излучение равновесно (не интересуясь здесь вопросом о процессе установления равновесия). Таким образом, мы рассматриваем задачу с чисто термодинамической точки зрения, как это обычно делается при выводе ударной адиабаты ). Подчеркнем, что мы рассматриваем нерелятивистский случай, когда скорости ударной волны и вещества гораздо меньше скорости света, и энергии вещества и излучения гораздо меньше энергии покоя вещества. Введем в уравнения сохранения потоков импульса и энергии на фронте ударной волны энергию и давление излучения за фронтом ev , Рх1 (см. 13 гл. I и 17 гл. II). Законы сохранения на фронте запишутся в виде [c.184]

Необходимо подчеркнуть, что законы Стефана — Больцмана и Кирхгофа вполне строги только для равновесного теплового излучения. Поэтому в условиях неравновесного лучистого теплообмена в системе тел, имеющих различную температуру, уравнения (10.11) и (10.12) становятся приближенными. Их использование для практических расчетов связывают с предположением о наличии местного термодинамического равновесия в каждой точке на поверхности каждого из 1ел, участвующих в теплообмене. Закон Кирхгофа позволяет сделать ряд выводов [c.330]

Гипотеза о местном термодинамическом равновесии и закон Ламберта. Следуя третьей особенности феноменологического метода, введем две гипотезы, которые позволяют использовать законы равновесного теплового излучения для расчета неравновесных процессов лучистого теплообмена, а также помогают определить угловой коэффициент ф2->1. Первая гипотеза заключается в предположении о том, что в каждой точке поверхности тела, участвующего в неравновесном лучистом тепло- [c.331]

Принятие локального термодинамического равновесия существенно облегчает задачу, поскольку все радиационные характеристики вещества в этом случае однозначно зависят только от частоты и термодинамических параметров. Поэтому для определения излучательных и поглощательных характеристик достаточно рассмотреть йзлучающие системы, в которых устанавливается термодинамически равновесное излучение, подчиняющееся общим закономерностям, вытекающим из принципов термодинамики. Такое рассмотрение равновесных излучающих систем позволяет установить ряд законов, которым подчиняется термодинамически равновесное излучение, и пайти связь излучательных и поглощательных характеристик вещества в условиях термодинамического равновесия. [c.59]

На переднем краю зоны, где температура ниже Тк, излучение по-прежнему неравновесно и справедливо решение типа (7.54), (7,55), в котором Т, S ж и экспоненциально спадают с оптической толщиной. В точке, где температура достигает величины Тк, плотность излучения становится порядка равновесной и поток S порядка стефан-больцма-новского потока аГ. При дальнейшем продвижении по направлению к разрыву поток излучения растет в силу закона сохранения (7.50) пропорционально температуре S Т), т. е. становится меньше стефан-больцмановского потока Это означает, что в области температур, где Т > Тк, односторонние потоки противоположного направления (которые порядка аГ ) в значительной степени компенсируют друг друга, генерация излучения в каждой точке сравнима с поглощением и, следовательно, плотность излучения близка к термодинамически равновесной. Другими словами, в указанной области зоны прогревания излучение находится в локальном равновесии с веществом и перенос излучения имеет характер лучистой теплопроводности. Поток S теперь определяется градиентом температуры и малость его по сравнению со стефан-больцмановским соответствует тому, что температура мало меняется на расстоянии порядка длины пробега света. Чтобы получить решение в зоне лучистой теплопроводности, следует заменить в уравнении диффузии (7.43) плотность [c.417]

Законы термодинамики применимы к любой физической системе, причем не только к системам, состоящим из частиц, т. е. к веществу, по также и к электромагнитному полю. (В 17 и 23 мы уже приводили примеры применений термодинамики к системам, включающим статические электрические и магнитные поля.) Как вытекает из повседпевного опыта, в любой системе, кроме вещества, существует еще излучение, т. е. переменное электромагнитное поле. При термодинамическом равво-весни это излучепне называется равновесным излучением. К нему так/ке применимы законы термодинамики. [c.87]

Как уже ука.чывало( ь, закон Стефана —Больцмана и закон смещения Вина являются обобщением экспериментов по исследованию зависимости светимости черного тела от длины волны и температуры. В то же время они вполне согласуются с охарактеризованной выше термодинамической теорией равновесного теплового излучения. Для уяснения этого получим законы черного тела из термодинамической формулы Вина (8.6). [c.410]

Напоминаем читателю, что формула (8.35) была получена применением к равновесному тепловому излучению законов термодинамики и теоремы Больцмана о равнораспределении энергии по степеням свободы. Очевидно, что полученные соотнопшния удовлетворяют термодинамической формуле Вина (8.6). Для [c.422]

Представлены разные типы равновесных состояний, отличных от состояния термодинамического равновесия, и получены соотногаения между излучением и температурой в каждом случае. Сформулировано условие локального термодинамического равновесия, обобгцаюгцего закон Кирхгофа для сред с переменной температурой. [c.777]

ТЕМПЕРАТУРА (от лат. temperatura — надлежащее смешение, нормальное состояние), физич. величина, характеризующая состояние термодинамич. равновесия макроскопич. системы. Т. одинакова для всех частей изолированной системы, находящейся в равновесии термодинамическом. Если изолированная система не находится в равновесии, то с течением времени переход энергии (теплопередача) от более нагретых частей системы к менее нагретым приводит к выравниванию Т. во всей системе (первый постулат, или нулевое начало термодинамики). В равновесных условиях Т. пропорциональна ср. кинетич. энергии ч-ц тела (см. Статистическая физика). Т. определяет распределение образующих систему ч-ц по уровням энергии (см. Больцмана статистика) и распределение ч-ц по скоростям (см. Максвелла распределение) , степень ионизации в-ва (см. Саха формула), спектральную плотность излучения (см. Планка закон излучения) полную объёмную плотность излучения (см. Стефана — Больцмана закон излуче- [c.741]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...