33. Soojuskiirgus. Musta keha emissioonispektrid erinevatel temperatuuridel. Soojuskiirguse seadused (Kirchhoff, Wien ja Boltzmann). Plancki valem.

KEHADE SOOJUSKIIRGUS

Aine elektromagnetlainete emissioon toimub aatomisiseste ja molekulisiseste protsesside toimel.Energiaallikad ja seega ka helgi tüüp võivad olla erinevad: teleriekraan, luminofoorlamp, hõõglamp, mädanev puu, tulikärbes jne. Kõigist inimsilmale nähtavatest või mittenähtavatest elektromagnetkiirgustest võib eristada ühte, mis on omane kõikidele kehadele.See on kuumutatud kehade kiirgus ehk soojuskiirgus. See esineb igal temperatuuril üle 0 K, seetõttu kiirgavad seda kõik kehad. Olenevalt kehatemperatuurist muutub kiirguse intensiivsus ja spektraalne koostis, mistõttu ei tajuta soojuskiirgust silm alati kumana.

SOOJUSKIIRGUSE OMADUSED. MUST KERE

Kiirgusvooks Ф võetakse keskmine kiirgusvõimsus aja jooksul, mis on palju pikem kui valguse võnkumiste periood. SI süsteemis väljendatakse seda vattides (W).

Kiirgusvoogu, mida kiirgab 1 m 2 pinnast, nimetatakse energia heleduseks Re. Seda väljendatakse vattides ruutmeetri kohta (W/m2).

Kuumutatud keha kiirgab erineva lainepikkusega elektromagnetlaineid. Eraldame väikese lainepikkuste intervalli גּ kuni גּ + dגּ. Sellele intervallile vastav energia heledus on võrdeline intervalli laiusega:

kus r on energia heleduse spektraalne tihedus

keha, mis on võrdne spektri kitsa lõigu energia heleduse ja selle lõigu laiuse suhtega, W / m 3.

Energia heleduse spektraaltiheduse sõltuvust lainepikkusest nimetatakse keha kiirgusspektriks.

Pärast integreerimist saame keha energia heleduse avaldise:

Keha võimet neelata kiirgusenergiat iseloomustab neeldumistegur, mis on võrdne antud kehas neeldunud kiirgusvoo ja sellele langenud kiirgusvoo suhtega: a \u003d F neeldumine / F langus

Kuna neeldumistegur sõltub lainepikkusest, siis monokromaatsete kiirgusvoogude jaoks kirjutatakse (27.3) ja siis see suhe määrab monokromaatiliselt neeldumisteguri: a גּ = Ф absorb(גּ) / Ф pad(גּ) .

Sellest järeldub, et neeldumiskoefitsiendid võivad olla vahemikus 0 kuni 1. Eriti hästi neelavad kiirgust mustad kehad: must paber, kangad, samet, tahm, plaatinamust jne; halvasti imavad valge pinnaga ja peeglitega kehasid.

Keha, mille neeldumistegur võrdub kõigi sageduste ühtsusega, nimetatakse mustaks. See neelab kogu sellele langeva kiirguse. Looduses pole musti kehasid, see mõiste on füüsiline abstraktsioon. Musta keha mudel on väike auk suletud läbipaistmatus õõnsuses. Sellesse auku kukkunud kiir, mis seintelt mitu korda peegeldub, neeldub peaaegu täielikult. Tulevikus võtame just selle mudeli musta korpuse jaoks. Keha, mille neeldumistegur on väiksem kui ühtsus ja ei sõltu sellele langeva valguse lainepikkusest, nimetatakse halliks.

Looduses pole halle kehasid, kuid mõned kehad kiirgavad ja neelavad hallidena teatud lainepikkuste vahemikus. Nii näiteks peetakse inimkeha mõnikord halliks, mille spektri infrapunapiirkonna neeldumistegur on ligikaudu 0,9.

KIRCHHOFFI SEADUS

Energia heleduse spektraaltiheduse ja kehade monokromaatilise neeldumisteguri vahel on teatav seos, mida saab seletada järgmise näitega.

Suletud adiabaatilises kestas on termodünaamilises tasakaalus kaks erinevat keha, samas kui nende temperatuurid on samad. Kuna kehade seisund ei muutu, siis igaüks neist kiirgab ja neelab sama energiat. Iga keha kiirgusspekter peab ühtima selles neelduvate elektromagnetlainete spektriga, vastasel juhul rikutakse termodünaamilist tasakaalu. See tähendab, et kui üks kehadest kiirgab mingeid laineid, näiteks punaseid, rohkem kui teine, siis peab ta neid rohkem neelama.

Kvantitatiivse seose kiirguse ja neeldumise vahel kehtestas G. Kirchhoff 1859. aastal: samal temperatuuril on energia heleduse spektraaltiheduse ja monokromaatilise neeldumisteguri suhe mis tahes kehade, ka mustade kehade puhul (Kirchhoffi seadus).

Kasutades Kirchhoffi seadust ja teades katsest musta keha spektrit ja keha monokromaatilise neeldumisteguri sõltuvust lainepikkusest, saab leida keha emissioonispektri r גּ = f(גּ).

MUSTA KEHA KIIRGUSE SEADUSED

Musta keha kiirgusel on pidev spekter. Erinevate temperatuuride emissioonispektrite graafikud on näidatud joonistel fig. Energia heledusel on maksimaalne spektraalne tihedus, mis temperatuuri tõustes nihkub lühilainete suunas.

Klassikalises füüsikas peeti kiirguse emissiooni ja neeldumist kehas pidevaks protsessiks. Planck jõudis viienda järelduseni, et just need põhisätted ei võimalda saada õiget sõltuvust. Ta esitas hüpoteesi, millest järeldub, et must keha kiirgab ja neelab energiat mitte pidevalt, vaid teatud diskreetsete osadena - kvantidena.

Stefan-Boltzmanni seadus: musta keha energia heledus on võrdeline tema termodünaamilise temperatuuri neljanda astmega. Väärtust a nimetatakse Stefan-Boltzmanni konstandiks. Stefan-Boltzmanni seadust saab kvalitatiivselt illustreerida erinevatel kehadel (ahi, elektripliit, metallist toorik jne): nende kuumenemisel on tunda üha intensiivsemat kiirgust.

Siit leiame Viini nihkeseadus: גּ m ах =b/Т, kus גּ m ах - lainepikkus, mis arvestab musta keha energia heleduse maksimaalset spektraaltihedust; b = = 0, 28978 * 10 -2 m-K – Wieni konstant. See seadus kehtib ka hallide kehade kohta.

Wieni seaduse avaldumine on teada igapäevastest vaatlustest. Toatemperatuuril on kehade soojuskiirgus peamiselt infrapuna piirkonnas ja inimsilm seda ei taju. Kui temperatuur tõuseb, hakkavad kehad helendama tumepunase valgusega ja väga kõrgel temperatuuril - sinaka varjundiga valge - suureneb keha kuumenemise tunne.

Stefan-Boltzmanni ja Wieni seadused võimaldavad kehade kiirgust mõõtes määrata nende temperatuure (optiline püromeetria).

Absoluutselt must keha, mis neelab täielikult mis tahes sagedusega elektromagnetkiirgust, kiirgab kuumutamisel energiat lainetena, mis on ühtlaselt jaotunud kogu sagedusspektris

19. sajandi lõpuks seisid teadlased, kes uurisid elektromagnetilise kiirguse (eriti valguse) koostoimet aine aatomitega, silmitsi tõsiste probleemidega, mida sai lahendada ainult kvantmehaanika raames, mis paljuski sündis nende probleemide ilmnemise tõttu. Nendest probleemidest esimese ja võib-olla kõige tõsisema mõistmiseks kujutage ette suurt peegelsisustusega musta kasti, mille ühte seina on torgatud väike auk. Läbi mikroskoopilise augu kasti sisenev valgusvihk jääb igaveseks selle sisse, peegeldudes lõputult seintelt. Objekt, mis ei peegelda valgust, kuid neelab selle täielikult, näeb välja must, mistõttu seda nimetatakse tavaliselt mustaks kehaks. (Täiuslik mustkeha on – nagu paljud teised kontseptuaalsed füüsikalised nähtused – puhtalt hüpoteetiline objekt, kuigi näiteks seestpoolt õõnes, ühtlaselt kuumutatud peegelsfäär, millesse valgus siseneb läbi ühe pisikese augu, on hea ligikaudne.

Absoluutselt musti kehasid looduses ei eksisteeri, seetõttu kasutatakse füüsikas katseteks mudelit. See on läbipaistmatu väikese auguga suletud õõnsus, mille seintel on sama temperatuur. Selle augu kaudu sisenev valgus neeldub pärast korduvaid peegeldusi täielikult ja auk näeb väljastpoolt täiesti must. Kuid kui seda õõnsust kuumutatakse, on sellel oma nähtav kiirgus. Kuna õõnsuse siseseinte poolt eralduv kiirgus enne selle väljumist (lõppude lõpuks on auk väga väike) läbib enamikul juhtudel tohutul hulgal uusi neeldumisi ja kiirgusi, võib kindlalt öelda, et õõnsuse sees olev kiirgus on seintega termodünaamilises tasakaalus. (Tegelikult pole auk selle mudeli puhul üldse oluline, seda on vaja vaid sees oleva kiirguse fundamentaalse jälgitavuse rõhutamiseks; auku saab näiteks täielikult sulgeda ja kiiresti avada alles siis, kui tasakaal on juba saavutatud ja mõõtmine toimub).

Küllap oled aga tegelikkuses näinud üsna lähedasi musta keha analooge. Näiteks koldes juhtub, et mitu palki on peaaegu tihedalt kokku pandud ja nende sees põleb läbi üsna suur õõnsus. Väljas jäävad palgid tumedaks ega helendu, põlenud õõnsuse sisse koguneb aga soojus (infrapunakiirgus) ja valgus ning enne väljamurdmist peegelduvad need kiired korduvalt õõnsuse seintelt tagasi. Kui vaatate selliste palkide vahelisse pilusse, näete erekollast-oranži kõrgtemperatuurilist helki ja sealt sõna otseses mõttes leegitsete kuumusest. Lihtsalt kiired jäid mõnda aega palkide vahele lõksu, nii nagu ülalkirjeldatud must kast võtab täielikult kinni ja neelab valguse.

Sellise musta kasti mudel aitab meil mõista, kuidas musta keha neeldunud valgus käitub oma aine aatomitega suhtlemisel. Siin on oluline mõista, et valgust neelab aatom, kiirgab see kohe välja ja neelab teine ​​aatom, kiirgab ja neeldub uuesti, ja see juhtub kuni tasakaaluküllastuse olekuni. Musta keha kuumutamisel tasakaaluolekusse võrdsustub musta keha sees kiirte emissiooni ja neeldumise intensiivsus: kui ühes aatomis neeldub teatud hulk teatud sagedusega valgust, kiirgab samaaegselt teine ​​kuskil sees olev aatom sama palju sama sagedusega valgust. Seega jääb musta keha sees iga sagedusega neeldunud valguse hulk samaks, kuigi seda neelavad ja kiirgavad keha erinevad aatomid.

Kuni selle hetkeni on musta keha käitumine üsna selge. Probleemid klassikalise füüsika raames ("klassikalise" all peame siin silmas füüsikat enne kvantmehaanika tulekut) said alguse katsetest arvutada tasakaaluseisundis musta keha sees talletatud kiirgusenergiat. Ja peagi sai selgeks kaks asja:

1. mida kõrgem on kiirte lainesagedus, seda rohkem koguneb neid musta keha sees (st mida lühemad on kiirguslaine spektri uuritava osa lainepikkused, seda rohkem kiiri sellest spektriosast musta keha sees klassikaline teooria ennustab);
2. mida kõrgem on laine sagedus, seda rohkem energiat see kannab ja vastavalt sellele talletub seda rohkem musta keha sees.

Kokkuvõttes viisid need kaks järeldust mõeldamatu tulemuseni: kiirgusenergia musta keha sees peab olema lõpmatu! Seda klassikalise füüsika seaduste kurja pilkamist on nimetatud ultraviolettkatastroofiks, kuna kõrgsageduslik kiirgus asub spektri ultraviolettkiirguses.

Korra taastas saksa füüsik Max Planck (vt Plancki konstant) – ta näitas, et probleem on kõrvaldatud, kui eeldame, et aatomid suudavad valgust neelata ja kiirata ainult osade kaupa ja ainult teatud sagedustel. (Hiljem Albert Einstein üldistas seda ideed, võttes kasutusele footonite – valguskiirguse rangelt määratletud osade – mõiste.) Selle skeemi järgi ei saa paljud klassikalise füüsika ennustatud kiirgussagedused musta keha sees lihtsalt eksisteerida, kuna aatomid ei saa neid ei absorbeerida ega kiirgada; Seetõttu jäetakse need sagedused musta keha sees oleva tasakaalukiirguse arvutamisel arvesse. Jättes ainult vastuvõetavad sagedused, hoidis Planck ära ultraviolettkatastroofi ja suunas teaduse maailma struktuuri tõelise mõistmise teele subatomilisel tasandil. Lisaks arvutas ta välja musta keha tasakaalukiirguse iseloomuliku sagedusjaotuse.

See jaotus saavutas ülemaailmse kuulsuse mitu aastakümmet pärast selle avaldamist Plancki enda poolt, kui kosmoloogid avastasid, et nende avastatud kosmiline mikrolainefoon järgib oma spektriomadustelt täpselt Plancki jaotust ja vastab täiesti musta keha kiirgusele temperatuuril umbes kolm kraadi üle absoluutse nulli.

James Trefili entsüklopeedia “Teaduse olemus. 200 universumi seadust.
James Trefil on George Masoni ülikooli (USA) füüsikaprofessor, üks tuntumaid lääne populaarteaduslike raamatute autoreid.

Kommentaarid: 0

Üks subatomilise maailma tõsiasi on see, et selle objektid – nagu elektronid või footonid – ei sarnane üldse makrokosmose tavaliste objektidega. Nad ei käitu nagu osakesed ja mitte nagu lained, vaid nagu väga erilised moodustised, millel on olenevalt asjaoludest nii lainelised kui ka korpuskulaarsed omadused. Üks asi on deklareerida ja hoopis teine ​​​​asi siduda kvantosakeste käitumise laine- ja korpuskulaarsed aspektid, kirjeldades neid täpse võrrandiga. Täpselt nii tehti ka de Broglie suhtarvus.

Igapäevaelus on energia ülekandmiseks ruumis kaks võimalust – läbi osakeste või lainete. Igapäevaelus ei ole kahe energiaülekande mehhanismi vahel nähtavaid vastuolusid. Niisiis, korvpall on osake ja heli on laine ning kõik on selge. Kvantmehaanikas pole aga asjad sugugi nii lihtsad. Ka kõige lihtsamatest kvantobjektidega tehtud katsetest saab väga ruttu selgeks, et meile tuttavad makromaailma põhimõtted ja seadused mikrokosmoses ei toimi. Valgus, mida me varem pidasime laineks, käitub mõnikord nii, nagu see koosneks osakeste (footonite) voost, ja elementaarosakesed, nagu elektron või isegi massiivne prooton, avaldavad sageli laine omadusi.

Elektromagnetkiirgust on mitut tüüpi, alates raadiolainetest kuni gammakiirgusteni. Igat tüüpi elektromagnetilised kiired levivad vaakumis valguse kiirusel ja erinevad üksteisest ainult oma lainepikkuste poolest.

Max Planck, üks kvantmehaanika rajajaid, jõudis energia kvantiseerimise ideeni, püüdes teoreetiliselt selgitada hiljuti avastatud elektromagnetlainete ja aatomite vastastikmõju ning seeläbi lahendada musta keha kiirguse probleemi. Ta mõistis, et aatomite vaadeldava kiirgusspektri selgitamiseks on vaja võtta enesestmõistetavaks, et aatomid kiirgavad ja neelavad energiat osade kaupa (mida teadlane nimetas kvantideks) ja ainult üksikutel lainesagedustel.

Kvantosakeste kahekordse korpuskulaarlaine olemust kirjeldab diferentsiaalvõrrand.

Sõna "kvant" tuleb ladinakeelsest sõnast quantum ("kui palju, kui palju") ja ingliskeelsest sõnast quantum ("kogus, osa, kvant"). "Mehaanikat" on pikka aega nimetatud aine liikumise teaduseks. Vastavalt sellele tähendab mõiste "kvantmehaanika" teadust aine osade kaupa liikumisest (või tänapäeva teaduskeeles kvantiseeritud aine liikumise teadust). Termini "kvant" võttis kasutusele saksa füüsik Max Planck, kirjeldamaks valguse vastasmõju aatomitega.

Kõige enam protesteeris Einstein vajaduse vastu kirjeldada mikrokosmose nähtusi tõenäosuste ja lainefunktsioonide kaudu, mitte koordinaatide ja osakeste kiiruste tavapärasest asukohast lähtudes. Seda ta mõtles "täringu" all. Ta tõdes, et elektronide liikumise kirjeldus nende kiiruste ja koordinaatide järgi on vastuolus määramatuse põhimõttega. Kuid Einstein väitis, et peavad olema veel mõned muutujad või parameetrid, mida arvesse võttes pöördub mikromaailma kvantmehaaniline pilt tagasi terviklikkuse ja determinismi teele. See tähendab, kinnitas ta, et ainult meile tundub, et Jumal mängib meiega täringut, sest me ei saa kõigest aru. Seega oli ta esimene, kes sõnastas kvantmehaanika võrrandites peidetud muutuja hüpoteesi. See seisneb selles, et tegelikult on elektronidel nagu Newtoni piljardipallidel fikseeritud koordinaadid ja kiirus ning kvantmehaanika raames on määramatuse printsiip ja tõenäosuslik lähenemine nende määramisele teooria enda ebatäielikkuse tulemus, mistõttu ei võimalda see neid kindlalt määrata.

Valgus on meie planeedi elu alus. Vastates küsimustele "Miks on taevas sinine?" ja "Miks muru on roheline?" võite anda ühemõttelise vastuse - "Tänu valgusele." See on meie elu lahutamatu osa, kuid me püüame ikkagi mõista valguse fenomeni ...

Lained on üks kahest energiaülekande viisist ruumis (teine ​​viis on korpuskulaarne, osakeste abil). Lained levivad tavaliselt mingis keskkonnas (näiteks lained järve pinnal levivad vees), kuid keskkonna enda liikumissuund ei ühti lainete liikumise suunaga. Kujutage ette ujukit, mis hüppab lainetel. Tõustes ja langedes kordab ujuk vee liikumist, samal ajal kui lained mööduvad sellest. Häired tekivad siis, kui kaks või enam sama sagedusega lainet levivad eri suundades.

Difraktsiooninähtuse põhitõdesid saab mõista, kui pöörduda Huygensi printsiibi poole, mille kohaselt võib valguskiire levimise tee igat punkti pidada uueks iseseisvaks sekundaarlainete allikaks ning edasine difraktsioonimuster osutub nende sekundaarlainete interferentsi põhjuseks. Kui valguslaine interakteerub takistusega, blokeeritakse osa sekundaarsetest Huygensi lainetest.

Musta keha kiirguse spektraalne tihedus on lainepikkuse ja temperatuuri universaalne funktsioon. See tähendab, et musta keha spektraalne koostis ja kiirgusenergia ei sõltu keha olemusest.

Valemid (1.1) ja (1.2) näitavad, et teades absoluutselt musta keha spektraalseid ja integraalseid kiirgustihedusi, saab need arvutada iga mittemusta keha jaoks, kui on teada viimase neeldumistegur, mis tuleb katseliselt määrata.

Uuringud on viinud järgmiste musta keha kiirguse seadusteni.

1. Stefan-Boltzmanni seadus: Musta keha integraalne kiirgustihedus on võrdeline selle absoluutse temperatuuri neljanda astmega

Väärtus σ helistas Stepheni pidev- Boltzmann:

σ \u003d 5,6687 10 -8 J m - 2 s - 1 K - 4.

Aja jooksul eralduv energia t absoluutselt must kiirgava pinnaga keha S konstantsel temperatuuril T,

W=σT 4 St

Kui kehatemperatuur ajas muutub, s.t. T = T(t), See

Stefan-Boltzmanni seadus näitab kiirgusvõimsuse ülikiiret suurenemist temperatuuri tõustes. Näiteks kui temperatuur tõuseb 800–2400 K (see tähendab 527–2127 ° C), suureneb täiesti musta keha kiirgus 81 korda. Kui musta keha ümbritseb temperatuuriga keskkond T 0, siis neelab silm meediumi enda emiteeritud energia.

Sel juhul saab eralduva ja neeldunud kiirguse võimsuse erinevust ligikaudu väljendada valemiga

U = σ(T 4 - T 0 4)

Stefan-Boltzmanni seadus ei ole reaalsete kehade puhul rakendatav, kuna vaatlused näitavad keerulisemat sõltuvust R temperatuuri, aga ka keha kuju ja pinna seisukorra kohta.

2. Viini nihkeseadus. Lainepikkus λ 0, mis moodustab musta keha kiirguse maksimaalse spektraaltiheduse, on pöördvõrdeline keha absoluutse temperatuuriga:

λ 0 = või λ 0 T \u003d b.

Püsiv b, helistas Viini seaduse konstant, on võrdne b= 0,0028978 m K ( λ väljendatud meetrites).

Seega ei suurene temperatuuri tõustes mitte ainult kogukiirgus, vaid lisaks muutub ka energiajaotus spektris. Näiteks madalal kehatemperatuuril uuritakse peamiselt infrapunakiiri ning temperatuuri tõustes muutub kiirgus punakaks, oranžiks ja lõpuks valgeks. Joonisel fig. Joonisel 2.1 on kujutatud musta keha kiirgusenergia empiirilised jaotuskõverad lainepikkustel erinevatel temperatuuridel: neist on näha, et kiirguse maksimaalne spektraaltihedus nihkub temperatuuri tõustes lühilainete suunas.

3. Plancki seadus. Stefan-Boltzmanni seadus ja Wieni nihkeseadus ei lahenda põhiprobleemi, kui suur on kiirguse spektraalne tihedus iga lainepikkuse kohta musta keha spektris temperatuuril. T. Selleks peate looma funktsionaalse sõltuvuse Ja alates λ Ja T.

Tuginedes elektromagnetlainete emissiooni pidevuse kontseptsioonile ja energia ühtlase jaotumise seadusele vabadusastmete vahel (klassikalises füüsikas aktsepteeritud), saadi musta keha spektraaltiheduse ja kiirguse jaoks kaks valemit:

1) Võidu valem

Kus a Ja b- konstantsed väärtused;

2) Rayleigh-Jeansi valem

u λT = 8πkT λ – 4,

Kus k on Boltzmanni konstant. Eksperimentaalne kontrollimine näitas, et antud temperatuuri korral on Wieni valem õige lühikeste lainete puhul (kui λT väga väike ja annab pikkade lainete piirkonnas kogemuste järsu lähenemise. Rayleigh-Jeansi valem osutus pikkade lainete puhul õigeks ja lühikeste lainete puhul täiesti rakendamatuks (joonis 2.2).

Nii osutus klassikaline füüsika täiesti musta keha kiirgusspektris energiajaotuse seadust seletamatuks.

Funktsiooni tüübi määramiseks u λT vaja oli täiesti uusi ideid valguse emissiooni mehhanismi kohta. 1900. aastal püstitas M. Planck hüpoteesi, et elektromagnetilise kiirguse energia neeldumine ja emissioon aatomite ja molekulide poolt on võimalik ainult eraldi "osadena", mida nimetatakse energiakvantideks. Energia kvanti väärtus ε võrdeline kiirgussagedusega v(pöördvõrdeline lainepikkusega λ ):

ε = hv = hc/λ

Proportsionaalsustegur h = 6.625 10 -34 J s ja kutsutakse Plancki konstant. Lainepikkuse spektri nähtavas osas λ = 0,5 μm, on energiakvanti väärtus:

ε = hc/λ= 3,79 10 -19 J s = 2,4 eV

Selle eelduse põhjal sai Planck valemi u λT:

Kus k on Boltzmanni konstant, Koos on valguse kiirus vaakumis. l Funktsioonile (2.1) vastav kõver on näidatud ka joonisel fig. 2.2.

Plancki seadus (2.11) annab Stefan-Boltzmanni seaduse ja Wieni nihkeseaduse. Tõepoolest, integraalse kiirgustiheduse jaoks saame

Selle valemi järgi arvutamine annab tulemuse, mis langeb kokku Stefan-Boltzmanni konstandi empiirilise väärtusega.

Wieni nihkeseaduse ja selle konstandi saab Plancki valemist, leides funktsiooni maksimumi u λT, mille tuletis u λT Kõrval λ , ja on võrdne nulliga. Arvutamise tulemused valemis:

Konstandi arvutamine b selle valemi järgi annab ka tulemuse, mis langeb kokku Wieni konstandi empiirilise väärtusega.

Vaatleme soojuskiirguse seaduste olulisimaid rakendusi.

A. Termilised valgusallikad. Enamik kunstlikke valgusallikaid on soojuskiirgurid (elektrilised hõõglambid, tavalised kaarlambid jne). Need valgusallikad pole aga piisavalt ökonoomsed.

Paragrahvis 1 öeldi, et silm on tundlik vaid väga kitsale osale spektrist (380-770 nm); kõigil teistel lainetel puudub visuaalne tunne. Silma maksimaalne tundlikkus vastab lainepikkusele λ = 0,555 um. Sellest silma omadusest lähtuvalt tuleks valgusallikatelt nõuda sellist energia jaotust spektris, mille puhul kiirguse maksimaalne spektraalne tihedus langeks lainepikkusele. λ = 0,555 µm või nii. Kui võtta sellise allikana absoluutselt must keha, siis Wieni nihkeseaduse järgi saame arvutada selle absoluutse temperatuuri:

Seega peaks kõige soodsama soojusvalgusallika temperatuur olema 5200 K, mis vastab päikesepinna temperatuurile. See kokkusattumus on inimese nägemise bioloogilise kohanemise tulemus päikesekiirguse spektris energia jaotumisega. Aga isegi see valgusallikas tõhusust(nähtava kiirguse energia suhe kogu kiirguse koguenergiasse) on väike. Graafiliselt joonisel fig. 2.3 seda koefitsienti väljendatakse pindalade suhtega S1 Ja S; ruut S1 väljendab spektri nähtava piirkonna kiirgusenergiat, S- kogu kiirgusenergia.

Arvutus näitab, et umbes 5000-6000 K temperatuuril on valgusefektiivsus vaid 14-15% (üleni musta keha puhul). Olemasolevate tehisvalgusallikate temperatuuril (3000 K) on see kasutegur vaid umbes 1-3%. Soojuskiirguri nii väike "valgusvõimsus" on seletatav asjaoluga, et aatomite ja molekulide kaootilise liikumise käigus ergastatakse mitte ainult valgust (nähtavat), vaid ka muid elektromagnetlaineid, mis silmale valgust ei mõju. Seetõttu on võimatu sundida keha valikuliselt kiirgama ainult neid laineid, mille suhtes silm on tundlik: nähtamatud lained kiirguvad tingimata.

Kõige olulisemad kaasaegsed temperatuurivalgusallikad on volframhõõgniidiga elektrilised hõõglambid. Volframi sulamistemperatuur on 3655 K. Hõõgniidi kuumutamine temperatuurini üle 2500 K on aga ohtlik, kuna sellel temperatuuril pihustatakse volfram väga kiiresti ja hõõgniit hävib. Hõõgniidi pritsimise vähendamiseks tehti ettepanek täita lambid inertgaasidega (argoon, ksenoon, lämmastik) rõhul umbes 0,5 atm. See võimaldas tõsta hõõgniidi temperatuuri 3000-3200 K-ni. Nendel temperatuuridel jääb kiirguse maksimaalne spektraalne tihedus infrapunalainete piirkonda (umbes 1,1 mikronit), seega on kõigi kaasaegsete hõõglampide efektiivsus veidi üle 1%.

B. Optiline püromeetria.Ülaltoodud musta keha kiirguse seadused võimaldavad määrata selle keha temperatuuri, kui lainepikkus on teada λ 0 vastab maksimumile u λT(Wieni seaduse järgi) või kui on teada integraalse kiirgustiheduse väärtus (Stefan-Boltzmanni seaduse järgi). Need meetodid kehatemperatuuri määramiseks selle soojuskiirguse järgi kajutites optiline püromeetria; need on eriti kasulikud väga kõrgete temperatuuride mõõtmisel. Kuna mainitud seadused kehtivad vaid täiesti mustale kehale, siis nendel põhinev optiline püromeetria annab häid tulemusi vaid nende kehade temperatuuride mõõtmisel, mis on oma omadustelt lähedased täiesti mustale kehale. Praktikas on need tehaseahjud, laboratoorsed muhvelahjud, katlaahjud jne. Soojuskiirgurite temperatuuri määramiseks kaaluge kolme meetodit:

A. Viini nihkeseadusel põhinev meetod. Kui teame lainepikkust, mille juures langeb kiirguse maksimaalne spektraaltihedus, siis saab valemi (2.2) abil arvutada keha temperatuuri.

Eelkõige määratakse sel viisil temperatuur Päikese, tähtede jms pinnal.

Mittemustade kehade puhul ei anna see meetod tegelikku kehatemperatuuri; kui emissioonispektris on üks maksimum ja arvutame T valemi (2.2) järgi, siis annab arvutus meile täiesti musta keha temperatuuri, mille energiajaotus spektris on peaaegu sama kui testitaval kehal. Sel juhul on täiesti musta keha kiirguse värvilisus sama, mis uuritava kiirguse värvilisus. Seda kehatemperatuuri nimetatakse värvitemperatuur.

Hõõglambi hõõgniidi värvustemperatuur on 2700-3000 K, mis on väga lähedane selle tegelikule temperatuurile.

b. Kiirgustemperatuuri mõõtmise meetod mis põhineb keha integraalse kiirgustiheduse mõõtmisel R ja selle temperatuuri arvutamine vastavalt Stefan-Boltzmanni seadusele. Sobivaid instrumente nimetatakse kiirguspüromeetriteks.

Loomulikult, kui kiirgav keha ei ole absoluutselt must, siis kiirguspüromeeter ei anna keha tegelikku temperatuuri, vaid näitab absoluutselt musta keha temperatuuri, mille juures viimase kiirgustihedus on võrdne katsekeha integraalse kiirgustihedusega. Seda kehatemperatuuri nimetatakse kiirgus, või energia, temperatuuri.

Kiirguspüromeetri puudustest toome välja selle kasutamise võimatuse väikeste objektide temperatuuride määramiseks, aga ka objekti ja püromeetri vahel paikneva keskkonna mõju, mis neelab osa kiirgusest.

V. I heleduse meetod temperatuuride määramiseks. Selle tööpõhimõte põhineb püromeetrilambi hõõgniidi heleduse visuaalsel võrdlusel hõõglambi katsekeha kujutise heledusega. Seade on akutoitel elektrilamp, mille sees on täppsiirk. Läbi monokromaatilise filtri visuaalselt vaadeldava võrdsuse määrab niidi kujutise kadumine kuuma keha kujutise taustal. Keerme hõõgumist reguleerib reostaat ja temperatuuri määrab ampermeetri skaala, mis on gradueeritud otse temperatuurini.

19. sajandi lõpuks seisid teadlased, kes uurisid elektromagnetilise kiirguse (eriti valguse) koostoimet aine aatomitega, silmitsi tõsiste probleemidega, mida sai lahendada ainult kvantmehaanika raames, mis paljuski sündis nende probleemide ilmnemise tõttu. Nendest probleemidest esimese ja võib-olla kõige tõsisema mõistmiseks kujutage ette suurt peegelsisustusega musta kasti, mille ühte seina on torgatud väike auk. Läbi mikroskoopilise augu kasti sisenev valgusvihk jääb igaveseks selle sisse, peegeldudes lõputult seintelt. Objekt, mis ei peegelda valgust, kuid neelab selle täielikult, näeb välja must, mistõttu seda tavaliselt nimetatakse must keha. (Täiuslik must keha on – nagu paljud teised kontseptuaalsed füüsikalised nähtused – puhthüpoteetiline objekt, kuigi näiteks seestpoolt õõnes, ühtlaselt kuumutatud peegelsfäär, millesse valgus siseneb läbi ühe pisikese augu, on hea ligikaudne väärtus.)

Küllap oled aga tegelikkuses näinud üsna lähedasi musta keha analooge. Näiteks koldes juhtub, et mitu palki on peaaegu tihedalt kokku pandud ja nende sees põleb läbi üsna suur õõnsus. Väljas jäävad palgid tumedaks ega helendu, põlenud õõnsuse sisse koguneb aga soojus (infrapunakiirgus) ja valgus ning enne väljamurdmist peegelduvad need kiired korduvalt õõnsuse seintelt tagasi. Kui vaatate selliste palkide vahelisse pilusse, näete erekollast-oranži kõrgtemperatuurilist helki ja sealt sõna otseses mõttes leegitsete kuumusest. Lihtsalt kiired jäid mõnda aega palkide vahele lõksu, nii nagu ülalkirjeldatud must kast võtab täielikult kinni ja neelab valguse.

Sellise musta kasti mudel aitab meil mõista, kuidas musta keha neeldunud valgus käitub oma aine aatomitega suhtlemisel. Siin on oluline mõista, et valgust neelab aatom, kiirgab see kohe välja ja neelab teine ​​aatom, kiirgab ja neeldub uuesti, ja see juhtub kuni tasakaaluküllastuse olekuni. Musta keha kuumutamisel tasakaaluolekusse võrdsustub musta keha sees kiirte emissiooni ja neeldumise intensiivsus: kui ühes aatomis neeldub teatud hulk teatud sagedusega valgust, kiirgab samaaegselt teine ​​kuskil sees olev aatom sama palju sama sagedusega valgust. Seega jääb musta keha sees iga sagedusega neeldunud valguse hulk samaks, kuigi seda neelavad ja kiirgavad keha erinevad aatomid.

Kuni selle hetkeni on musta keha käitumine üsna selge. Probleemid klassikalise füüsika raames ("klassikalise" all peame siin silmas füüsikat enne kvantmehaanika tulekut) said alguse katsetest arvutada tasakaaluseisundis musta keha sees talletatud kiirgusenergiat. Ja peagi sai selgeks kaks asja:

• mida kõrgem on kiirte lainesagedus, seda rohkem koguneb neid musta keha sees (st mida lühemad on kiirguslaine spektri uuritava osa lainepikkused, seda rohkem kiiri sellest spektriosast musta keha sees klassikaline teooria ennustab);
• mida kõrgem on laine sagedus, seda rohkem energiat see kannab ja vastavalt sellele talletub seda rohkem musta keha sees.

Kokkuvõttes viisid need kaks järeldust mõeldamatu tulemuseni: kiirgusenergia musta keha sees peab olema lõpmatu! See klassikalise füüsika seaduste kuri mõnitamine ristiti ultraviolettkiirguse katastroof, kuna kõrgsageduslik kiirgus asub spektri ultraviolettkiirguses.

Korra taastas saksa füüsik Max Planck ( cm. Plancki konstant) - ta näitas, et probleem on kõrvaldatud, kui eeldame, et aatomid suudavad valgust neelata ja kiirata ainult osade kaupa ja ainult teatud sagedustel. (Hiljem üldistas Albert Einstein selle idee, tutvustades seda kontseptsiooni footonid- Valguskiirguse rangelt määratletud osad.) Selle skeemi kohaselt ei saa paljud klassikalise füüsika ennustatud kiirgussagedused musta keha sees eksisteerida, kuna aatomid ei ole võimelised neid neelama ega kiirgama; Seetõttu jäetakse need sagedused musta keha sees oleva tasakaalukiirguse arvutamisel arvesse. Jättes ainult vastuvõetavad sagedused, hoidis Planck ära ultraviolettkatastroofi ja suunas teaduse maailma struktuuri tõelise mõistmise teele subatomilisel tasandil. Lisaks arvutas ta välja musta keha tasakaalukiirguse iseloomuliku sagedusjaotuse.

See levitamine saavutas ülemaailmse kuulsuse mitu aastakümmet pärast selle avaldamist Plancki enda poolt, kui kosmoloogid avastasid, et nende avastatud mikrolaine taustkiirgus ( cm. Suur Pauk) järgib oma spektraalomadustelt täpselt Plancki jaotust ja vastab musta keha kiirgusele temperatuuril umbes kolm kraadi üle absoluutse nulli.

Valguse polarisatsioon on valguslaine elektrivälja tugevuse vektori võnkumiste sujuvamaks muutmine, kui valgus läbib teatud aineid (murdumise ajal) või kui valgusvoog peegeldub. Polariseeritud valguse tootmiseks on mitu võimalust.

1) Polariseerimine polaroididega. Polaroidid on tselluloidkiled, mis on kaetud väga õhukese väävelhappe kiniini kristallide kihiga. Polaaroidide kasutamine on praegu kõige levinum viis valguse polariseerimiseks.

2) Polarisatsioon peegelduse kaudu. Kui loomulik valgusvihk langeb mustale poleeritud pinnale, siis on peegeldunud kiir osaliselt polariseeritud. Polarisaatori ja analüsaatorina võib kasutada peeglit või üsna hästi poleeritud tavalist aknaklaasi, mis on ühelt poolt asfaltlakiga mustaks tehtud.

Polarisatsiooniaste on seda suurem, mida korrektsemalt hoitakse langemisnurka. Klaasi puhul on langemisnurk 57°.

3) Polarisatsioon murdumise kaudu. Valguskiir polariseerub mitte ainult peegeldumisel, vaid ka murdumisel. Sel juhul kasutatakse polarisaatorina ja analüsaatorina virna, mis koosneb 10–15 õhukesest klaasplaadist, mis on virnastatud ja mis asuvad neile langevate valguskiirte suhtes 57 ° nurga all.

Hulgimüük Ja õigusakt Ja nähtavus, keskkonna võime põhjustada seda läbiva optilise kiirguse (valguse) polarisatsioonitasandi pöörlemist.

polarisatsioonitasandi pöördenurk j sõltub lineaarselt paksusest l toimeainekiht (või selle lahus) ja kontsentratsioon Koos see aine - j = [a] lc(koefitsienti [a] nimetatakse spetsiifiliseks O. a.); 2) pöörlemine selles keskkonnas toimub kas päripäeva (j > 0) või vastu seda (j< 0), если смотреть навстречу ходу лучей света

43. Russ e St. e ta, optilise kiirguse (valguse) voo omaduste muutumine selle koostoimel ainega. Need omadused võivad olla intensiivsuse ruumiline jaotus, sagedusspekter, valguse polarisatsioon. Sageli R. s. nimetatakse ainult keskkonna ruumilisest ebahomogeensusest tingitud valguse levimissuuna muutust, mida tajutakse kui keskkonna ebaõiget kuma.

HAJUTAMINE, kauguse pöördväärtus, mille juures paralleelset valgusvihku moodustav kiirgusvoog nõrgeneb hajumine keskkonnas 10 korda ehk e korda.

Rel e ma olen zach O n,ütleb, et intensiivsus I keskkonna poolt hajutatud valguse osakaal on pöördvõrdeline langeva valguse lainepikkuse l neljanda astmega ( I~ l -4) juhul, kui keskkond koosneb dielektrilistest osakestest, mille mõõtmed on palju väiksemad kui l . I rass ~1/ 4

44. absorbeerima e Püha St. e ta, materiaalset keskkonda läbiva optilise kiirguse (valguse) intensiivsuse vähenemine selle keskkonnaga interaktsiooni protsesside tõttu. Valgusenergia juures P. koos. läheb kompositsiooni keskkonna või optilise kiirguse erinevatesse siseenergia vormidesse; keskkond võib selle täielikult või osaliselt uuesti kiirata neeldunud kiirguse sagedusest erinevatel sagedustel.

Bougueri seadus.Füüsikaline tähendus seisneb selles, et kiirte footonite kadumise protsess keskkonnas ei sõltu nende tihedusest valgusvihus, s.t. valguse intensiivsuse ja poolpikkuse I kohta.

I=I 0 exp( l ); l on lainepikkus,  λ on neeldumisindeks, ma 0 on neelava kiire intensiivsus.

Viga e ra - L A mberta – B e razak O n, määrab paralleelse monokromaatilise (ühevärvilise) valguskiire järkjärgulise nõrgenemise, kui see levib neelduvas aines. Kui ainekihti siseneva kiire võimsus paksusega l, on võrdne I o , siis B.-L.-B. h., kiire võimsus kihist väljumisel

I(l)= I o e- c cl,

kus c on valguse erineeldumise indeks, mis on arvutatud kontsentratsiooniühiku kohta Koos aine, mis määrab imendumise;

Imendumiskiirus (kl), kauguse pöördväärtus, mille kaugusel ühevärviline kiirgusvoog sagedus n, moodustades paralleelse kiire, nõrgeneb aine neeldumise tõttu e korda või 10 korda. mõõdetuna cm -1 või m -1. Spekroskoopias ja mõnedes teistes rakendusoptika harudes kasutatakse terminit "P. p." traditsiooniliselt kasutatakse neeldumisteguri tähistamiseks.

Molaarne neeldumiskiirus

Läbilaskvus on keskkonda läbinud kiirgusvoo ja selle pinnale langenud kiirgusvoo suhe. t = F/F 0

Optiline tihedus – ainekihi läbipaistmatuse mõõt valguskiirte jaoks D = lg (-F 0 / F)

Keskkonna läbipaistvus on ühiku paksusega keskkonna kihi suunda muutmata läbinud kiirgusvoo suuruse ja langeva voo suuruse suhe (st ilma hajumist ja mõjude mõju liidestele arvesse võtmata).

45. Soojuskiirgus- pideva spektriga elektromagnetkiirgus, mida kiirgavad kuumutatud kehad nende soojusenergia tõttu.

Täiesti must korpus- termodünaamikas kasutatav füüsiline idealiseerimine, keha, mis neelab kogu talle langeva elektromagnetkiirguse kõigis vahemikes ega peegelda midagi. Vaatamata nimele võib must keha ise kiirata mis tahes sagedusega elektromagnetkiirgust ja omada visuaalselt värvi. Musta keha kiirgusspektri määrab ainult selle temperatuur.

hall keha- see on keha, mille neeldumistegur ei sõltu sagedusest, vaid sõltub ainult temperatuurist

Halli keha jaoks

HALL KERE- keha, neeldumistegur to-rogo väiksem kui 1 ja ei sõltu kiirguse ja abs lainepikkusest. temp. T. Coef. kõigi reaalsete kehade neeldumine (nimetatakse ka mustuse koefitsiendiks S. t.) sõltub (selektiivne neeldumine) ja T, seega saab neid pidada halliks ainult intervallides ja T, kus koefitsient u. konstantne. Spektri nähtavas piirkonnas on söel ( = 0,80 temperatuuril 400-900 K), tahmal ( = 0,94-0,96 temperatuuril 370-470 K) tahma omadused; plaatina- ja vismutmustad neelavad ja kiirgavad S. t.-na kõige laiemas vahemikus - nähtavast valgusest kuni 25-30 mikronini (= 0,93-0,99).

Kiirguse põhiseadused:

Stefan-Boltzmanni seadus- täiesti musta keha kiirguse seadus. Määrab absoluutselt musta keha kiirgusvõimsuse sõltuvuse selle temperatuurist. Seaduse sõnastus:

kus on mustuse aste (kõikide ainete puhul täiesti musta keha puhul). Kasutades Plancki kiirguse seadust, saab konstanti σ defineerida järgmiselt

kus on Plancki konstant, k on Boltzmanni konstant, c on valguse kiirus.

Arvväärtus J s −1 m −2 K −4 .

Kirchhoffi kiirgusseadus on füüsikaseadus, mille kehtestas saksa füüsik Kirchhoff 1859. aastal.

Seaduse praegune redaktsioon on järgmine:

Mis tahes keha emissiooni ja neeldumisvõime suhe on kõigi kehade jaoks antud temperatuuril teatud sagedusel ühesugune ega sõltu nende kujust ja keemilisest olemusest.

On teada, et kui elektromagnetkiirgus langeb teatud kehale, siis osa sellest peegeldub, osa neeldub ja osa saab edasi kanduda. Antud sagedusel neeldunud kiirguse osa nimetatakse neeldumisvõime keha . Teisest küljest kiirgab iga kuumutatud keha energiat teatud seaduse järgi, nn keha emissioon.

Väärtused ja võivad ühest kehast teise liikumisel oluliselt erineda, kuid vastavalt Kirchhoffi kiirgusseadusele ei sõltu kiirgavate ja neelduvate võimete suhe keha olemusest ning on sageduse (lainepikkuse) ja temperatuuri universaalne funktsioon:

Lainepikkus, mille juures musta keha kiirgusenergia on maksimaalne, määratakse Viini nihkeseadus:

Kus T on temperatuur kelvinites ja λ max on maksimaalse intensiivsusega lainepikkus meetrites.

Soojuskiirguse omadused

424e43ie-ni kuumutatud kehad, justkui kõrged temperatuurid, helendavad. Kuumutusest tingitud kehade hõõgumist nimetatakse termiline (temperatuuri) kiirgus. Soojuskiirgus, mis on looduses levinum, tekib aine aatomite ja molekulide soojusliikumise energia tõttu (s.o. selle siseenergia tõttu) ja on iseloomulik kõikidele kehadele temperatuuril üle 0 K. Soojuskiirgust iseloomustab pidev spekter, mille maksimumi asend sõltub temperatuurist. Kõrgel temperatuuril kiirgavad välja lühikesed (nähtavad ja ultraviolett-) elektromagnetlained, madalal aga valdavalt pikad (infrapuna) lained.

Soojuskiirgus on praktiliselt ainus kiirgusliik, mis saab olla tasakaal. Oletame, et kuumutatud (kiirgav) keha asetatakse õõnsusse, mida piirab ideaalselt peegeldav kest. Aja jooksul saabub keha ja kiirguse vahelise pideva energiavahetuse tulemusena tasakaal, st keha neelab ajaühikus nii palju energiat kui kiirgab. Oletame, et tasakaal keha ja kiirguse vahel on mingil põhjusel häiritud ja keha kiirgab rohkem energiat kui neelab. Kui keha kiirgab ajaühikus rohkem, kui neelab (või vastupidi), hakkab kehatemperatuur langema (või tõusma). Selle tulemusena nõrgeneb keha kiiratava energia hulk (ehk vanus 424e43ie ;т), kuni lõpuks saavutatakse tasakaal. Kõik muud kiirgusliigid on mittetasakaalulised.

Soojuskiirguse kvantitatiivne omadus on keha energia heleduse (kiirguse) spektraalne tihedus≈ kiirgusvõimsus kehapinna pindalaühiku kohta laiuse sagedusvahemikus:

kus d ≈ kiiratud elektromagnetilise kiirguse energia ajaühikus (kiirgusvõimsus) keha pindalaühiku kohta sagedusvahemikus alates n enne n+d n.

Energia heleduse spektraaltiheduse ühik ( Rn, T) ≈džauli ruutmeetri kohta(J/m2).

Kirjutatud valemit saab esitada 424e43ie lainepikkuse funktsioonina:

Sest c=ln, See

kus miinusmärk näitab, et alates vanusest 424e43ie ;üks kogustest ( n või l) teine ​​väärtus väheneb. Seetõttu jäetakse järgnevas miinusmärk välja. Seega

Kasutades valemit (197.1), võib minna alates Rn, T ═ To Rl,T ja vastupidi.

Teades energia heleduse spektraaltihedust, saame arvutada integraalne energia heledus (integraalne kiirgus)(seda nimetatakse lihtsalt keha energia heleduseks), mis liidetakse kõigi sageduste vahel:

Kehade võimet neelata neile langevat kiirgust iseloomustab spektraalne neeldumine

mis näitab, kui suure osa energiast toovad kehapinnale langevad elektromagnetlained ajaühikus kehapinna pindalaühiku kohta. n enne n+d n imendub kehasse. Spektri neeldumine on mõõtmeteta suurus. Kogused Rn, T═ ja A n,T sõltuvad keha olemusest, selle termodünaamilisest temperatuurist ja samal ajal erinevad erineva sagedusega kiirguse puhul. Seetõttu klassifitseeritakse need väärtused järgmiselt T Ja n(või õigemini, kuni piisavalt 424e43ie; täpselt kitsas sagedusvahemik alates n enne n+d n).

Keha, mis suudab igal temperatuuril täielikult neelata kogu sellele langeva mis tahes sagedusega kiirgust, nimetatakse mustaks. Seetõttu on musta keha spektraalne neeldumine kõigil sagedustel ja temperatuuridel identselt võrdne ühtsusega ( ). Looduses ei ole absoluutselt musti kehasid, kuid sellised kehad nagu tahm, plaatinamust, must samet ja mõned teised on teatud sagedusvahemikus oma omadustelt neile lähedased.

Musta korpuse ideaalne mudel on väikese auguga suletud õõnsus KOHTA, mille sisepind on mustaks läinud (joon. 286). Sellisesse õõnsusse sisenev valguskiir kogeb seintelt mitmekordseid peegeldusi, mille tulemusena eralduva kiirguse intensiivsus osutub praktiliselt võrdseks nulliga. Kogemused näitavad, et kui augu suurus on väiksem kui 0,1 õõnsuse läbimõõdust, neeldub kõigi sagedustega langev kiirgus täielikult. Tänu sellele paistavad majade tänavapoolsed avatud aknad mustana, kuigi ruumide sees on seintelt valguse peegeldumise tõttu justkui hele.

Koos musta keha mõistega kasutatakse mõistet hall keha≈ keha, mille neelduvus on väiksem kui ühtsus, kuid on kõigil sagedustel sama ja sõltub ainult temperatuurist, materjalist ja keha pinna seisundist. Seega halli keha jaoks = A T= konst

Soojuskiirguse uurimine mängis valguse kvantteooria loomisel olulist rolli, mistõttu tuleb arvestada seadustega, millele see allub.

Keha energia heledusR T, arvuliselt võrdne energiaga W keha kiirgab kogu lainepikkuse vahemikus (0<<) kehapinna ühiku kohta, ajaühiku kohta, kehatemperatuuril T, st.

(1)

Keha emissioonr ,T arvuliselt võrdne keha energiaga dW keha kiirgab kehapinna ühikust ajaühikus kehatemperatuuril T lainepikkuste vahemikus  kuni  +d, need.

(2)

Seda väärtust nimetatakse ka keha energia heleduse spektraaltiheduseks.

Energia heledus on valemiga seotud kiirgusvõimega

(3)

imavus keha  ,T- arv, mis näitab, milline osa keha pinnale langeva kiirguse energiast neeldub kehas lainepikkuste vahemikus  kuni  +d, need.

. (4)

Keha, mille jaoks  ,T=1 kogu lainepikkuse vahemikus nimetatakse mustaks kehaks (must keha).

Keha, mille jaoks  ,T=konst<1 kogu lainepikkuse vahemikus nimetatakse halliks.

46. ​​Spetsiaalsed füüsilised instrumendid, mida nimetatakse aktinomeetriteks, suudavad mõõta maapinnale vastuvõetud päikeseenergia kogust pindalaühiku kohta ajaühikus. Enne päikesekiired ja jõuavad Maa pinnale ja langevad aktinomeetrisse, peavad nad läbima kogu meie atmosfääri paksuse, mille tulemusena neeldub osa energiast atmosfääri. Selle neeldumise ulatus varieerub suuresti sõltuvalt atmosfääri seisundist, mistõttu on erinevatel aegadel maapinnale vastuvõetava päikeseenergia hulk väga erinev.

Päikesekonstant on energia hulk, mida saab ühe minuti jooksul väikeste kaloritena ühe ruutsentimeetri maakera atmosfääri piiril, mis on päikesekiirtega risti. Paljude geofüüsikaliste vaatluskeskuste aktinomeetriliste vaatluste põhjal saadi päikesekonstandi jaoks järgmine väärtus:

A = 1,94 cal/cm2 min.

Maa naabruses asuva koha Päikesepoolse pinna 1 ruutmeetrile siseneb päikese elektromagnetkiirgusega 1400 J energiat sekundis. Seda väärtust nimetatakse päikesekonstandiks. Teisisõnu on päikesekiirguse energiavoo tihedus 1,4 kW/m 2 .

PÄIKESE SPEKTR – Päikese elektromagnetilise kiirguse energia jaotus lainepikkuste vahemikus mõnest nm murdosast (gammakiirgus) kuni meeterraadiolaineteni. Nähtavas piirkonnas on päikesespekter umbes 5800 K temperatuuril lähedane absoluutselt musta keha spektrile; on energiamaksimum vahemikus 430-500 nm. Päikese spekter on pidev spekter, mille peal on üle 20 tuhande erinevate keemiliste elementide neeldumisjoone (Fraunhoferi jooned).

aktiin O meeter- seade otsese päikesekiirguse intensiivsuse mõõtmiseks. A. tööpõhimõte põhineb langeva kiirguse neeldumisel mustaks muutunud pinnale ja selle energia muundamisel soojuseks. A. on suhteline seade, sest. kiirguse intensiivsust hinnatakse erinevate kuumenemisega kaasnevate nähtuste järgi, erinevalt pürheliomeetritest - absoluutsetest instrumentidest. Näiteks Michelsoni aktinomeetri tööpõhimõte põhineb päikesekiirte poolt tahmast mustaks muutunud bimetallplaadi kuumutamisel. 1 , pressitud rauast ja invar.Kuumutamisel raud pikeneb ja invar peaaegu ei koge soojuspaisumist, mistõttu plaat paindub. Painde suurus on päikesekiirguse intensiivsuse mõõt. Mikroskoobi abil jälgitakse kvartsniidi liikumist , asub plaadi otsas.