При равновесном излучении тело, которое поглощает больше энергии, должно больше и излучать, и наоборот. Следовательно, излучательная способность тела и его коэффициент поглощения должны находиться в определенной зависимости. Рассмотрим эти зависимости.
1. Закон Кирхгоффа. Отношение спектральной излучательной способности тела к его спектральному коэффициенту поглощения не зависит от природы тела, а только от длины волны и температуры и численно равняется излучательной способности абсолютно черного тела при тех же и .
Следствия из закона Кирхгоффа:
а) излучательная способность тел прямопропорциональна их коэффициенту поглощения;
б) при данной температуре нагретые тела излучают преимущественно те волны, которые они больше всего поглощают, и наоборот.
в) из закона можно определить излучательную способность любого тела по его коэффициенту поглощения и излучательной способности абсолютно черного тела (две последние величины определяются экспериментально):
2. Закон Стефана-Больцмана. Полная (по всему спектру) излучательная способность ( ) абсолютно черного тела прямопропорциональна четвертой степени его температуры:
где - постоянная излучения, равная 1,38·10-12 Кал/см2·сек·град4.
Для излучения серых тел:
где – приведенный коэффициент излучения, который зависит от природы, температуры тела и состояния его поверхности.
3. Закон смещения Вина. Закон смещения Вина показывает, что с повышением температуры тела, максимум энергии смещается в сторону коротких волн. Длина волны, на которую приходится максимум излучательной способности черного тела, обратно пропорционален его термодинамической температуре:
b =28,98·10-4 м·град.
Для серых тел этот закон выполняется только качественно. Законы классической физики не объясняют закона Вина. И поэтому Планком выдвинута гипотеза, которая излагается в следующем вопросе.
Квантовая гипотеза Планка
Классическая физика говорит о непрерывности световых волн. Планк (1900г.) высказал принципиально новую гипотезу о том, что свет излучается прерывно (дискретно) порциями, несущими определенное количество (квант) энергии , причем эта энергия прямопропорциональна частоте излучения :
где – постоянная Планка,
h =6,62·10-27 эрг·сек=6,62·1034 Дж·сек.
Следовательно, каждый квант несет с собой ничтожно малое количество энергии, поэтому при больших объемах излучения, дискретная природа энергии незаметна и изменение энергии на несколько квантов оказывается пренебрежительно малой величиной.
Таким образом, согласно Планку, световая волна переносит энергию только в количествах, кратных величине кванта энергии данного излучения.