Законы теплового излучения

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·град^4.

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.