Излучение энергии черным телом

Излучение энергии черным телом [c.285]

Экспериментальные данные об энергии могут быть получены по испусканию или поглощению веществом излучения. Такие сведения о тепловом излучении и атомных спектрах накапливались в течение многих лет. Ранние попытки объяснить наблюдаемое тепловое излучение, применяя классические законы Ньютона к атомным системам, были только отчасти удовлетворительны. Например, в излучении абсолютно черного тела количество излученной энергии для коротких волн мало оно возрастает с увели- [c.70]

Поток излучения, проходящий через единицу поверхности по всем возможным направлениям, называют плотностью потока излучения Е и измеряют в ваттах на квадратный метр (Вт/м ). Сопоставляя энергию собственного излучения тела Е с энергией излучения абсолютно черного тела Еа при той же температуре, получим характеристику тела, называемую степенью черноты, е= / о. [c.14]

Из формул (1-7) и (1-8) следует, что интенсивность энергии излучения абсолютно черного тела близка к нулю как в спектре малых, так и в спектре больших длин волн. [c.16]

Теория Лорентца, несмотря на определенные успехи, встретила серьезные трудности. В частности, она не могла объяснить распределения энергии по частотам при тепловом излучении абсолютно черного тела. Эти недостатки теории не были устранены и попытками других ученых (Вин, Рэлей, Джинс). Смелая гипотеза, выдвинутая в 1900 г. Планком, решила проблему спектрального распределения энергии теплового излучения. [c.8]

На рис. 14.4 показаны экспериментальное спектральное распределение энергии излучения абсолютно черного тела при постоянной температуре (сплошная кривая /) и теоретическая кривая Рэлея— Джинса (пунктирная кривая 2). В рамках классической физики не удается, как это мы видели, описать теоретически всю экспериментальную кривую другими словами, невозможно определить явный вид функции Кирхгофа при любой температуре и частоте. Эта задача в начале нашего века (1900 г.) была успешно решена М. Планком. [c.331]

Выражение (15.3а), называемое формулой Планка, блестяще описывает экспериментальную кривую (кривая 1 на рис. 14.4) распределения энергии излучения абсолютно черных тел по длинам волн (или по частотам). [c.337]

Наряду с теми трудностями, к которым приводила электронная теория Лорентца, опиравшаяся на представление о неподвижном эфире, выяснились и другие затруднения этой теории. Она оставляла неразъясненными многие особенности явлений, касающихся взаимодействия света и вещества. В частности, не получил удовлетворительного разрешения вопрос о распределении энергии по длинам волн в излучении накаленного черного тела. Накопившиеся затруднения вынудили Планка сформулировать теорию квантов (1900 г.), которая переносит идею прерывности (дискретности), заимствованную из учения о молекулярном строении вещества, на электромагнитные процессы, в том числе и на процесс испускания света. Теория квантов устранила затруднения в вопросах излучения света нагретыми телами она по-новому поставила всю проблему взаимодействия света и вещества, понимание которой невозможно без квантовой интерпретации. Целый ряд оптических явлений, в частности фотоэлектрический эффект и вопросы рассеяния света, выдвинул на первый план корпускулярные особенности света. Процесс развития теории квантов, ставшей основой современного учения о строении атомов и молекул, продолжается и ныне. [c.24]

Первым этапом, как сказано, явилось нахождение закона, устанавливающего зависимость суммарного или интегрального излучения (т. е. общего излучения всех длин волн) от температуры. Стефан (1879 г.) на основании собственных измерений, а также анализируя данные измерений других исследователей, пришел к заключению, что суммарная энергия, испускаемая с 1 см в течение 1 с, пропорциональна четвертой степени абсолютной температуры излучателя. Стефан формулировал свой закон для излучения любого тела, однако последующие измерения показали неправильность его выводов. В 1884 г. Больцман, основываясь на термодинамических соображениях и исходя из мысли о существовании давления лучистой энергии, пропорционального ее плотности, теоретически показал, что суммарное излучение абсолютно черного тела должно быть пропорционально четвертой степени температуры, т. е. [c.695]

Зако 1 Стефана — Больцмана дает представление лишь об интенсивности суммарного излучения абсолютно черного тела и совершенно не касается спектрального распределения энергии. Первый существенный результат в этом направлении после работ Михельсона и Голицына был получен Вином (1893), который воспользовался кроме термодинамики еще и электромагнитной теорией света. В результате он установил, что испускательная способность абсолютно черного тела имеет вид [c.137]

Однако следует иметь в виду, что абсолютно черное тело и близкие к нему по свойствам тела отдают энергию с излучением всех возможных частот, причем на долю видимого излучения приходится относительно небольшая часть энергии. Она оказывается наибольшей, когда максимум планковской кривой в шкале длин волн падает на излучение с длиной волны около 5500 А (желто-зеленая часть спектра). Согласно закону смещения Вина та-ко-му положению максимума отвечает температура 5200 К- В этой же области спектра лежит максимум чувствительности человеческого глаза, что не случайно, так как именно такой характер имеет солнечный спектр после прохождения через атмосферу, в которой он частично поглощается и рассеивается. В соответствии с тем, что цветовая температура солнечного излучения у поверхности Земли равна 5200 К, в светотехнике принято называть излучение абсолютно черного тела при этой температуре белым светом. При дальнейшем повышении температуры абсолютно черного тела излучение, приходящееся на полезную для освещения часть спектра, естественно, увеличивается, но доля его в общей излучаемой энергии уменьшается, так что с точки зрения светотехники чрезмерное повышение температуры является невыгодным. [c.153]

Модель Эйнштейна. Уменьшение теплоемкости при понижении температуры впервые объяснил А. Эйнштейн в 1907 г., использовав развитую М. Планком теорию излучения абсолютно черного тела. Если предположить, что энергия квантового осциллятора с частотой т = и/2я может принимать [c.37]

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]

Законом Планка устанавливается зависимость плотности потока монохроматического излучения абсолютно черного тела. / о от длины волны X и температуры Т. Используя представление о квантах энергии, Планк теоретическим путем получил следующий закон [c.251]

Тела с линейчатым спектром излучения не относятся к категории серых, но степень черноты е, выраженная формулой (1.25), и для них может служить характеристикой способности излучать энергию, так как она показывает, какую часть энергии излучения абсолютно черного тела может испускать реальное тело в тех же условиях. [c.253]

Ввиду того что энергия, излучаемая реальными телами, меньше энергии излучения абсолютно черного тела, при измерении действительной температуры тела Тд пирометры, основанные на яркостном методе, покажут более низкую яркостную температуру (рис. 9.8). Под яркостной температурой Тд понимается такая условная температура, при которой абсолютно черное тело имеет такую же спектральную интенсивность излучения Д или яркость Вх , что и реальное тело при его действительной температуре Тд, т. е. [c.184]

Закон Ламберта (1760 г.) устанавливает зависимость энергии излучения по отдельным направлениям. В соответствии с этим законом поток излучения абсолютно черного тела в данном направлении I пропорционален потоку излучения в направлении нормали п к поверхности [c.316]

Определить поверхностную плотность интегрального излучения Солнца, если температура поверхности Солнца 1с = 5700 °С и условия излучения близки к излучению абсолютно черного тела. Найти длину волны, при которой будет наблюдаться максимум спектральной плотности потока излучения, и общее количество лучистой энергии, испускаемой Солнцем в единицу времени, если диаметр Солнца равен 1,391-10 . [c.66]

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]

Величина о (Вт/м ) называется интегральной плотностью потока излучения абсолютно черного тела, т. е. такого тела, которое поглощает всю падающую на него энергию. Таким образом, закон Стефана — Больцмана показывает, что интегральная плотность потока излучения абсолютно черного тела прямо пропорциональна четвертой степени его абсолютной температуры. [c.177]

Планк установил закон распределения энергии по длинам поля во всей области спектра теплового излучения абсолютно черного тела. Он показал, что энергия излучения с длиной волны X, испускаемого черным телом с температурой Т, равна [c.406]

На рис. 16.3 дано графическое представление уравнения (16.3), выражающего закон Планка. Видно, что энергия излучения, испускаемого черным телом, возрастает с температурой. Кривые имеют максимум с резким спадом в сторону коротких волн и более пологим спадом в сторону длинных волн. При и Х- оо плот- [c.406]

Энергия излучения, испускаемая телом по отдельным направлениям, устанавливается законом Ламберта. Согласно закону Ламберта, поток излучения абсолютно черного тела в данном направлении пропорционален потоку излучения в направлении нормали к поверхности и косинусу угла между ними. Для интенсивности излучения закон Ламберта имеет вид [c.408]

Для измерения высоких температур обычно применяют пирометры. Принцип действия пирометров основан на формуле Планка — зависимости спектральной плотности энергии излучения черного тела от температуры и длины волны. Измерив плотность энергии черного тела при двух температурах — измеряемой Т и температуре затвердевания золота Го= 1337,58 К (табл. 3.1)—при одной и той 8-488 ИЗ [c.187]

Это соотношение представлено графически на рис. 7-1. Интегрируя уравнение (7-2) в пределах длин волн от О до оо, найдем энергию излучения абсолютно черного тела. Она составляет [c.250]

Уравнение (2.347) составляет содержание закона Кирхгофа отношение энергии излучения тела к его поглощательной способности для всех тел одинаково и равно энергии излучения абсолютно черного тела при той же температуре. [c.211]

Если газы поглощают энергию, то, согласно закону Кирхгофа, они и излучают ее. Для определения относительной излучательной способности, представляющей лучеиспускательную способность газов в долях от излучения абсолютно черного тела, или степени черноты газов, служит формула [c.191]

Здесь Z v)—импеданс цепи, зависящий от частоты V. Уравнение (3.73) напоминает выражение для плотности энергии черного тела, находящегося в равновесии со стенками. Оба уравнения получены при суммировании нормальных мод в рассматриваемой системе. В гл. 7, где говорится о черном теле, показано, как получается плотность мод или число Джинса для электромагнитного излучения в параллелепипеде. Для данного случая распространение тепловых флуктуаций может происходить только по линии, соединяющей два резистора. Уравнение (3.73) получено в предположении, что распределение энергии, как и для электромагнитного излучения, подчиняется статистике Бозе — Эйнщтейна. [c.113]

Факт существования радиационной теплопроводности [8511 свидете.чьствует, что влияние размера частиц действительно служит мерой прозрачности. Как известно, при излучении абсолютно черного тела максимальная энергия на единицу длины волны соответствует А Т л 3-10 мк-град. При Т =- 3000" К да да 1 мк. Частицы размером менее 1 мк, например 0,1 -чк, становятся почти прозрачными для излучения. В этом с.чучае доля полного излучения абсолютно черного тела, переданная частице радиусом а, составляет величину порядка [c.252]

Закон Планка. Закон Стефана — Больцмана дает величину суммарного излучения абсолютно черного тела. Большое значение в теории теплового излучения имеет спектральное (монохроматическое) распределение энергии излучения абсслютно черного тела. Исходя из [c.15]

Закон Ламберта. личестЕ.о энергии излучения лютно черного тела в как ционально количеству энер умноженному на косинус и нормалью к поверхности [c.17]

Когда кривая спектрал энергии тела, обладающей лучения, подобна кривой излучение первого назыв коэффициенты е(2, Т)=е = сопз1 играют роль масштабного множителя при сравнении серого излучения с излучением абсолютно черного тела при той же температуре (рис. 1-5). Значения Ямакс для черного и для серого тел равны. Введение понятия серое тело значительно расширяет возможности использования законов излучения, сформулированных для абсолютно черного тела, в практических расчетах, что доказывают, например, (1-19) —(1-21). [c.19]

Радиационный пирометр. Пирометр, определяющий радиационную температуру, называется радиационным пирометром. Схема радиационного пирометра показана на рис. 14.5. Оптическая система пирометра позволяет сфокусировать резкое изображение удаленного источника И на приемнике П так, чтобы изображение обязательно перекрыло всю пластинку приемника. При этом условии энергия излучения источника, падающая в единицу времени на приемник, не будет зависеть от расстояния между истоничком и приемником. Тогда температура нагрева пластинки приемника и термоэлектро-движущая сила в цепи батареи термопар, горячие спаи которых заложены в пластинке приемника, зависят только от интегральной излучательной способности Е Т) тела, температуру которого определяем. Шкала милливольтметра, включенного в цепь термопар, градуируется по излучению абсолютно черного тела в градусах. Следовательно, вышеописанный пирометр позволит определить радиационную температуру произвольного нечерного тела. [c.334]

Так как для любой длины волны излучательная способность абсолютно черного тела больше излучательной способности нечерных тел, взятых при одной и той же температуре, то на первый взгляд кажется, что самым подходяш им источником света является абсолютно черное тело. Однако к источникам света предъявляются и другие требования, которым лучше удовлетворяют нечерные тела. Как показывают опытные данные, несмотря на то что излучательная способность вольфрама при всех длинах волн меньше, чем излучательная способность абсолютно черного тела, он обладает селективным излучением в видимой области — энергия излучения в этой области при температуре 2450 К составляет 40% излучения черного тела при той же температуре. В инфракрасной же области вольфрам отдает всего 20% инфракрасного излучения абсолютно черного тела. [c.375]

Для того чтобы завершить рассмотрение стандартных приложений законов черного тела, кратко охарактеризуем эффективность тех или иных источников при использовании их для целей освещения. Хорошо известно, что лампа накаливания с вольфрамовой нитью вошла в практику в конце прошлого столетия и сыграла громадную роль в условиях жизни и труда людей во всем мире. По сей день этот простой и удобный источник света широко используют в быту и на производстве. Многочисленные научные и инженерные исследования позволили увеличит] срок службы лампы накаливания и другие ее эксплуатационные качества, но мало что могли изменить в зф(1зективности этого источника света, т.е, в увеличении доли энергии, которая может быть использована для целей освещения окружающего пространства. Достаточно взглянуть на рис. 8.1, где изображена светимость черного тела для двух температур, а вертикальными линиями ограничена видимая часть спектра (4000 — 7000А), чтобы оценить, сколь малая доля излучения черного те.па может быть эффективно использована в этих целях, даже в том случае (Т = 5000 К), когда /-макс совпадает с зеленой областью спектра, в которой чувствительность глаза наибольшая. Расчеты показывают, что при этих оптимальных условиях лишь около 13% всей излучаемой энергии может быть использовано для освещения. Значительно меньшая часть энергии черного тела может быть утилизирована в том случае, когда его температура составляет примерно 3000 К и максимум излучения находится в инфракрасной области спектра (вблизи 1 мкм). Дальнейшее уменьшение температуры черного тела приведет к еще более низкому коэффициенту использова1шя излучаемой энергии. [c.415]

В 19П7 г. Эйнштейн предложил модель, которая позволила качественно объяснить указанное поведение теплоемкости. При выборе модели он исходил из квантовой гипотезы М. Планка. Планк (1900), решая математически задачу о спектральном распределении интенсивности излучения абсолютно черного тела, выдвинул гипотезу, коренным образом противоречащую всей системе представлений классической физики. Согласно этой гипотезе, энергия микроскопических систем (атомы, молекулы) может принимать только конечные дискретные квантовые зиаче-ния Е=пг, где = 0, 1, 2, 3,... —положительное целое число e = /zv = 7i o — элементарный квант энергии-, v — частота со — круговая частота /г = 2л Й—универсальная постоянная постоянная Планка). [c.165]

Излучение нечерных тел, например раскаленных металлов, всегда меньше, чем излучение абсолютно черного тела. Однако соотношение между энергией, полезной для освещения, и невидимой частью спектра (световая отдача, выражаемая в люменах на ватт — лм/Вт) для раскаленного металла при данной температуре может быть выше, че.м для абсолютно черного тела при той же температуре. Распределение энергии по спектру для вольфрама и абсолютно черного тела при одной и той же температуре 2450 К, а также отношение испускательных способностей вольфрама и абсолютно черного тела показаны на рис. 25.5. Из кривой 3 следует, что в видимой области испускание вольфрама составляет около 40 % испускания абсолютно черного тела при той же температуре, а в инфракрасной области — около 20 %. По этой причине раскалеггный вольфрам — более предпочтительный источник света. [c.153]

Таким образом, при температурах полной ионизации плазмы Т = 100 000 К, плотность энергии излучения в ней становится преобладающей. Это приводит к трудностям адиабатной изоляции плазмы при температурах термоядерных реакций (Т 1 ООО 000° К). Если интенсивность излучения абсолютно черного тела определяется однозначно его температурой (закон Стефана—Больцмана), то плазма термически равновесна. Но плазма в редких случаях излучает как черное тело и лучистое равновесие нарушается из-за наличия холодных стенок. Стенки не только поглош,ают лучистую энергию, но н оказывают каталитическое и электрическое воздействие на процессы в плазме. Наличие градиента температуры у стенок вызывает концентрационную диффузию и местное равновесие может восстановиться лишь тогда, когда скорость реакции велика по сравнению со скоростью диффузии. И, наконец, нерав-новесность может быть вызвана и наличием магнитно-гидродинамических эффектов, обусловленных наличием заряженных частиц. [c.233]

Все реальные тела имеют поглощательную способность, меньшую единицы, и называются нечерными телами. Для количественной характеристики реальных тел введено понятие степени черноты тела. Степенью черноты тела называется отношение энергии излучения данного тела к энергии излучения абсолютно черного тела при той же температуре [c.408]

Закон Стефана — Больцмана. Поверхноаную плотность потока интегрального излучения абсолютно черного тела можно найти на основании закона Планка как суммарную энергию излучения тела ю всем длинам волн [c.232]

Итак, отношение излучательной способности и поглоищтельной при тепловом равновесии от природы тела не зависит и равно энергии излучения абсолютно черного тела при той же температуре. [c.233]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...