33.Hősugárzás. Egy teljesen fekete test sugárzási spektruma különböző hőmérsékleteken. A hősugárzás törvényei (Kirchhoff, Wien és Boltzmann). Planck képlete.

TESTEK HŐSUGÁRZÁSA

Egy anyag elektromágneses hullámok kibocsátása atomon belüli és molekulán belüli folyamatok következtében jön létre.Az energiaforrások és így a fényezés típusa is eltérő lehet: TV képernyő, fénycső, izzólámpa, korhadó fa, szentjánosbogár stb. Az emberi szem számára látható vagy láthatatlan elektromágneses sugárzások sokféleségéből megkülönböztethető egy, amely minden testben rejlik: a felhevült testekből származó sugárzás vagy a hősugárzás. Bármilyen 0 K feletti hőmérsékleten előfordul, ezért minden test kibocsátja. A testhőmérséklettől függően változik a sugárzás intenzitása és a spektrális összetétel, így a hősugárzást a szem nem mindig fényként érzékeli.

A HŐSUGÁRZÁS JELLEMZŐI. FEKETE TEST

F sugárzási fluxusnak a fényrezgések periódusánál lényegesen hosszabb időre vonatkozó átlagos sugárzási teljesítményt vesszük. Az SI rendszerben ezt wattban (W) fejezik ki.

Az 1 m 2 felület által kibocsátott sugárzási fluxust R e energetikai fényességnek nevezzük. Watt per négyzetméterben van kifejezve (W/m2).

A felhevült test különböző hullámhosszú elektromágneses hullámokat bocsát ki. Kiemeljünk egy kis hullámhossz-intervallumot גּ és גּ + dגּ között. Az ennek az intervallumnak megfelelő energetikai fényerő arányos az intervallum szélességével:

ahol r az energia fényesség spektrális sűrűsége

test, egyenlő a spektrum egy keskeny szakasza energiafényességének és e szakasz szélességének arányával, W/m 3.

Az energetikai luminozitás spektrális sűrűségének a hullámhossztól való függését a test emissziós spektrumának nevezzük.

Az integrálást követően a test energetikai fényességének kifejezését kapjuk:

Egy test sugárzási energiaelnyelő képességét egy abszorpciós együtthatóval jellemezzük, amely megegyezik az adott test által elnyelt sugárzási fluxus és a rá eső sugárzási fluxus arányával: a = F elnyel / F pad

Mivel az abszorpciós együttható függ a hullámhossztól, a (27.3) a monokromatikus sugárzás fluxusaira van írva, majd ez az arány határozza meg a monokromatikus abszorpciós együtthatót: a גּ = F abszorpció(גּ)/ F down(גּ) .

Ebből következik, hogy az abszorpciós együtthatók értéke 0 és 1 között lehet. A fekete testek különösen jól veszik fel a sugárzást: fekete papír, szövetek, bársony, korom, platinafekete stb.; A fehér felületű és tükrös testek nem szívódnak be jól.

Feketének nevezzük azt a testet, amelynek abszorpciós együtthatója minden frekvenciára egyenlő egységgel. Elnyeli az összes ráeső sugárzást. A természetben nincsenek fekete testek, ez a fogalom egy fizikai absztrakció. A fekete testmodell egy kis lyuk egy zárt átlátszatlan üregben. Az ebbe a lyukba belépő, a falakról sokszor visszaverődő sugár szinte teljesen elnyelődik. A következőkben ezt a modellt fekete testnek fogjuk fel. Szürkének nevezzük azt a testet, amelynek abszorpciós együtthatója kisebb, mint egység, és nem függ a ráeső fény hullámhosszától.

A természetben nincsenek szürke testek, de egyes testek egy bizonyos hullámhossz-tartományban szürke testként bocsátanak ki és nyelnek el. Például az emberi testet néha szürkének tekintik, amelynek abszorpciós együtthatója körülbelül 0,9 a spektrum infravörös tartományában.

KIRCHHOFF TÖRVÉNYE

Az energetikai luminozitás spektrális sűrűsége és a testek monokromatikus abszorpciós együtthatója között bizonyos összefüggés van, amit a következő példával magyarázhatunk.

Egy zárt adiabatikus héjban két különböző test található termodinamikai egyensúlyi körülmények között, és hőmérsékletük azonos. Mivel a testek állapota nem változik, mindegyik ugyanazt az energiát bocsát ki és vesz fel. Az egyes testek sugárzási spektrumának egybe kell esnie az általuk elnyelt elektromágneses hullámok spektrumával, különben a termodinamikai egyensúly felborulna. Ez azt jelenti, hogy ha az egyik test több hullámot bocsát ki, például vöröset, mint a másik, akkor többet kell elnyelnie belőlük.

A sugárzás és az abszorpció közötti mennyiségi összefüggést G. Kirchhoff állapította meg 1859-ben: ugyanazon a hőmérsékleten az energia fényesség spektrális sűrűségének és a monokromatikus abszorpciós együtthatónak az aránya minden testnél, beleértve a feketét is, azonos (Kirchhoff törvénye).

Kirchhoff törvényét felhasználva és kísérletből ismerve a fekete test spektrumát és a test monokromatikus abszorpciós együtthatójának a hullámhossztól való függését, megkaphatjuk a test emissziós spektrumát r גּ = f(גּ).

A FEKETE TEST SUGÁRZÁSÁNAK TÖRVÉNYEI

A fekete test sugárzásának folyamatos spektruma van. A különböző hőmérsékleti emissziós spektrumok grafikonjait az ábra mutatja. Az energia fényességnek van egy maximális spektrális sűrűsége, amely a hőmérséklet növekedésével a rövid hullámok felé tolódik el.

A klasszikus fizikában a sugárzás test általi kibocsátását és elnyelését folyamatos folyamatnak tekintették. Planck arra a következtetésre jutott, hogy éppen ezek az alapvető rendelkezések nem teszik lehetővé a helyes kapcsolat elérését. Kifejezett egy hipotézist, amelyből az következett, hogy a fekete test nem folyamatosan bocsát ki és vesz fel energiát, hanem bizonyos diszkrét részekben - kvantumokban.

Stefan-Boltzmann törvény: A fekete test energetikai fényereje arányos termodinamikai hőmérsékletének negyedik hatványával. Az a mennyiséget Stefan-Boltzmann állandónak nevezzük. A Stefan-Boltzmann törvény minőségileg illusztrálható különböző testek(sütő, villanytűzhely, fém blank stb.): ahogy felmelegednek, egyre intenzívebb sugárzás érződik.

Innen találjuk Wien eltolási törvénye: גּ m ах =b/Т, ahol גּ m ах az a hullámhossz, amelyre a fekete test energiafényességének maximális spektrális sűrűsége esik; b = = 0,28978*10 -2 m-K - Wien-állandó. Ez a törvény a szürke testekre is igaz.

A Wien-törvény megnyilvánulása a mindennapi megfigyelésekből ismert. Szobahőmérsékleten a testek hősugárzása főként az infravörös tartományban van, és az emberi szem nem érzékeli. Ha a hőmérséklet emelkedik, a test sötétvörös fénnyel kezd világítani, és nagyon magas hőmérsékleten - fehér, kékes árnyalattal - a test felmelegedésének érzése nő.

A Stefan-Boltzmann- és a Wien-törvények lehetővé teszik a testek sugárzásának mérésével a hőmérsékletek meghatározását (optikai pirometria).

Teljesen fekete test, amely teljesen elnyeli bármilyen frekvenciájú elektromágneses sugárzást, felmelegítve energiát bocsát ki a teljes frekvenciaspektrumon egyenletesen eloszló hullámok formájában.

A 19. század végére a tudósok az elektromágneses sugárzás (különösen a fény) és az anyagatomok kölcsönhatását tanulmányozva komoly, csak a kvantummechanika keretein belül megoldható problémákkal találkoztak, amelyek sok tekintetben az ún. arra a tényre, hogy ezek a problémák felmerültek. Hogy megértsük az első és talán a legsúlyosabb problémákat, képzeljünk el egy nagy fekete dobozt tükrözött belső felülettel, és az egyik falban egy kis lyuk van. A mikroszkopikus lyukon keresztül a dobozba behatoló fénysugár örökre benne marad, és vég nélkül visszaverődik a falakról. A fényt nem visszaverő, de azt teljesen elnyelő tárgy feketének tűnik, ezért is szokták fekete testnek nevezni. (A fekete test, mint sok más fogalmi fizikai jelenség, pusztán hipotetikus tárgy, bár például egy belülről tükröződő üreges, egyenletesen melegített gömb, amelybe egyetlen apró lyukon át behatol a fény, jó közelítés.)

Abszolút fekete testek nem léteznek a természetben, ezért a fizikában modellt használnak a kísérletekhez. Ez egy átlátszatlan zárt üreg kis lyukkal, amelynek falai azonos hőmérsékletűek. Az ezen a lyukon keresztül belépő fény ismételt visszaverődés után teljesen elnyelődik, és a lyuk külseje teljesen feketének tűnik. De ha ezt az üreget felmelegítjük, akkor saját látható sugárzást fejleszt ki. Mivel az üreg belső falai által kibocsátott sugárzás, mielőtt kijönne (elvégre a lyuk nagyon kicsi), az esetek túlnyomó többségében nagy mennyiségúj abszorpciók és kibocsátások, akkor bátran kijelenthetjük, hogy az üregben lévő sugárzás termodinamikai egyensúlyban van a falakkal. (Valójában a lyuk ennél a modellnél egyáltalán nem fontos, csak a benne lévő sugárzás alapvető megfigyelhetőségének hangsúlyozására van szükség; a lyukat például teljesen be lehet zárni, és csak akkor lehet gyorsan kinyitni, ha az egyensúly már kialakult. és a mérés folyamatban van).

Ön azonban valószínűleg látta a valóságban a fekete test meglehetősen közeli analógját. Egy kandallóban például megesik, hogy több fahasáb szinte szorosan egymásra van rakva, és elég nagy üreg ég ki bennük. A rönkök külseje sötét marad és nem világít, míg az égett üreg belsejében hő (infravörös sugárzás) és fény halmozódik fel, és ezek a sugarak ismételten visszaverődnek az üreg falairól, mielőtt kiszabadulnának. Ha belenéz az ilyen rönkök közötti résbe, világos sárga-narancssárga, magas hőmérsékletű izzást fog látni, és onnan szó szerint lángolni fog a hőség. A sugarak egyszerűen beszorultak egy ideig a rönkök közé, ahogy a fényt is teljesen befogja és elnyeli a fent leírt fekete doboz.

Egy ilyen fekete doboz modellje segít megértenünk, hogyan viselkedik a fekete test által elnyelt fény, kölcsönhatásba lépve az anyag atomjaival. Itt fontos megérteni, hogy a fényt egy atom elnyeli, azonnal kibocsátja, és egy másik atom elnyeli, ismét kibocsátja és elnyeli, és ez addig fog történni, amíg el nem éri az egyensúlyi telítettségi állapotot. Ha egy fekete testet egyensúlyi állapotba hevítünk, a fekete test belsejében a sugarak kibocsátásának és abszorpciójának intenzitása kiegyenlítődik: ha egy bizonyos frekvenciájú fényt egy atom elnyel, egy másik atom, valahol belül, egyidejűleg kibocsátja ugyanezt. azonos frekvenciájú fénymennyiség. Így egy fekete testen belül az egyes frekvenciák elnyelt fényének mennyisége változatlan marad, bár a test különböző atomjai elnyelik és kibocsátják.

Eddig a pillanatig a fekete test viselkedése érthető marad. A problémák a klasszikus fizika keretein belül (a „klasszikuson” itt a kvantummechanika megjelenése előtti fizikát értjük) akkor kezdődtek, amikor egy egyensúlyi állapotban lévő fekete test belsejében tárolt sugárzási energiát próbálták kiszámítani. És két dolog hamar világossá vált:

1. minél nagyobb a sugarak hullámfrekvenciája, annál több halmozódik fel belőlük a fekete test belsejében (azaz minél rövidebb a sugárzási hullám spektrum vizsgált részének hullámhossza, annál több sugara van a spektrum ezen részének a fekete testben a klasszikus elmélet előrejelzi);
2. Minél nagyobb a hullám frekvenciája, annál több energiát hordoz, és ennek megfelelően annál több raktározódik el belőle a fekete testben.

Összességében ez a két következtetés elképzelhetetlen eredményhez vezetett: a fekete test belsejében a sugárzási energiának végtelennek kell lennie! A klasszikus fizika törvényeinek ezt a gonosz megcsúfolását ultraibolya katasztrófának nevezték el, mivel a nagyfrekvenciás sugárzás a spektrum ultraibolya részében található.

Max Planck német fizikusnak sikerült helyreállítania a rendet (lásd Planck állandó) – megmutatta, hogy a probléma megszűnik, ha feltételezzük, hogy az atomok csak részletekben és csak bizonyos frekvenciákon képesek elnyelni és kibocsátani a fényt. (Később Albert Einstein általánosította ezt az elképzelést a fotonok – a fénysugárzás szigorúan meghatározott részei – fogalmának bevezetésével.) E séma szerint a klasszikus fizika által megjósolt sugárzás számos frekvenciája egyszerűen nem létezhet egy fekete testen belül, mivel az atomok nem képesek elnyelni. vagy kibocsátják azokat; Ennek megfelelően ezeket a frekvenciákat nem veszik figyelembe a fekete testen belüli egyensúlyi sugárzás kiszámításakor. Azzal, hogy csak a megengedett frekvenciákat hagyta meg, Planck megakadályozta az ultraibolya katasztrófát, és a tudományt a világ szubatomi szintű felépítésének helyes megértéséhez vezette. Emellett kiszámította az egyensúlyi feketetest-sugárzás jellemző frekvenciaeloszlását.

Ez az eloszlás sok évtizeddel azután vált világszerte ismertté, hogy maga Planck publikálta, amikor a kozmológusok felfedezték, hogy az általuk felfedezett kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás spektrális jellemzőiben pontosan megfelel a Planck-eloszlásnak, és egy teljesen fekete test sugárzásának felel meg körülbelül három fokos hőmérsékleten. fokkal az abszolút nulla felett.

James Trefil enciklopédiája „A tudomány természete. Az univerzum 200 törvénye."
James Trefil a George Mason Egyetem (USA) fizikaprofesszora, a népszerű tudományos könyvek egyik leghíresebb nyugati szerzője.

Megjegyzések: 0

A szubatomi világ egyik ténye, hogy objektumai – például elektronok vagy fotonok – egyáltalán nem hasonlítanak a makrovilág szokásos tárgyaihoz. Nem úgy viselkednek, mint nem részecskék, sem hullámok, hanem teljesen különleges képződményekként, amelyek a körülményektől függően hullám- és korpuszkuláris tulajdonságokat is mutatnak. Egy dolog kijelentést tenni, de egészen más a kvantumrészecskék viselkedésének hullám- és részecskeaspektusait összekapcsolni, pontos egyenlettel leírni. Pontosan ez történt a de Broglie-relációban.

A mindennapi életben kétféleképpen lehet energiát továbbítani a térben - részecskék vagy hullámok útján. A mindennapi életben nincs látható ellentmondás a két energiaátviteli mechanizmus között. Tehát a kosárlabda egy részecske, a hang pedig egy hullám, és minden tiszta. A kvantummechanikában azonban a dolgok nem ilyen egyszerűek. A kvantumobjektumokkal végzett legegyszerűbb kísérletekből is nagyon hamar kiderül, hogy a mikrovilágban nem érvényesülnek a makrovilág általunk ismert alapelvei és törvényei. A fény, amelyet hullámnak szoktunk gondolni, néha úgy viselkedik, mintha részecskék (fotonok) áramlatából állna, és az elemi részecskék, például egy elektron vagy akár egy nagy tömegű proton gyakran a hullám tulajdonságait mutatják.

Az elektromágneses sugárzásnak számos fajtája létezik, a rádióhullámoktól a gamma-sugárzásig. Az elektromágneses sugarak minden fajtája vákuumban terjed fénysebességgel, és csak hullámhosszban térnek el egymástól.

Max Planck, a kvantummechanika egyik megalapítója az energiakvantálás gondolataihoz jutott, megpróbálva elméletileg megmagyarázni a nemrég felfedezett elektromágneses hullámok és az atomok közötti kölcsönhatás folyamatát, és ezáltal megoldani a fekete test sugárzásának problémáját. Felismerte, hogy az atomok megfigyelt emissziós spektrumának magyarázatához magától értetődőnek kell tekinteni, hogy az atomok részletekben bocsátanak ki és abszorbeálnak energiát (amit a tudós kvantumoknak nevezett), és csak egyedi hullámfrekvenciákon.

A kvantumrészecskék kettős részecskehullám jellegét egy differenciálegyenlet írja le.

A „quantum” szó a latin quantum („mennyit, mennyit”) és az angol quantum („mennyiség, adag, kvantum”) szóból származik. „Mechanika” már régóta az anyagmozgással foglalkozó tudomány elnevezése. Ennek megfelelően a „kvantummechanika” az anyag részenkénti mozgásának tudományát jelenti (vagy a modern tudományos nyelven a kvantált anyag mozgásának tudományát). A „kvantum” kifejezést Max Planck német fizikus alkotta meg a fény és az atomok kölcsönhatásának leírására.

Einstein leginkább az ellen tiltakozott, hogy a mikrovilág jelenségeit valószínűségek és hullámfüggvények alapján kell leírni, nem pedig a koordináták és a részecskesebesség szokásos helyzetéből. Ezt értette a "kockadobás" alatt. Felismerte, hogy az elektronok mozgásának sebességükkel és koordinátáival való leírása ellentmond a bizonytalansági elvnek. De Einstein érvelése szerint léteznie kell néhány más változónak vagy paraméternek, amelyek figyelembevételével a mikrovilág kvantummechanikai képe visszatér az integritás és a determinizmus útjára. Vagyis ragaszkodott hozzá, csak nekünk tűnik úgy, hogy Isten kockáztat velünk, mert nem értünk mindent. Így ő volt az első, aki a kvantummechanika egyenleteiben megfogalmazta a rejtett változó hipotézist. Ez abban rejlik, hogy valójában az elektronok fix koordinátákkal és sebességgel rendelkeznek, mint a Newton-féle biliárdgolyóknak, és a kvantummechanika keretein belül a bizonytalansági elv és a meghatározásának valószínűségi megközelítése magának az elméletnek a hiányosságának az eredménye. miért nem teszi lehetővé számukra bizonyos define.

A fény az élet alapja bolygónkon. Válasz a „Miért kék az ég?” kérdésekre? és "Miért zöld a fű?" határozott választ adhatsz: „A fénynek köszönhetően.” Ez életünk szerves része, de még mindig igyekszünk megérteni a fény jelenségét...

A hullámok az egyik kétféle energiaátviteli mód a térben (a másik módja a korpuszkuláris, részecskék felhasználásával). A hullámok általában valamilyen közegben terjednek (például a tó felszínén lévő hullámok terjednek a vízben), de magának a közegnek az iránya nem esik egybe a hullámok mozgási irányával. Képzelj el egy úszót, amely a hullámokon billeg. Emelkedő és süllyedő úszó követi a víz mozgását, ahogy a hullámok elhaladnak mellette. Az interferencia jelensége akkor következik be, amikor két vagy több azonos frekvenciájú, különböző irányba terjedő hullám kölcsönhatásba lép egymással.

A diffrakció jelenségének alapjait a Huygens-elvre hivatkozva érthetjük meg, amely szerint a fénysugár terjedési útjának minden pontja a másodlagos hullámok új független forrásának tekinthető, és meghatározható a további diffrakciós mintázat. ezen másodlagos hullámok interferenciája által. Amikor egy fényhullám kölcsönhatásba lép egy akadállyal, a másodlagos Huygens-hullámok egy része blokkolódik.

A teljesen fekete test spektrális sugárzási sűrűsége az univerzális funkció hullámhossz és hőmérséklet. Ez azt jelenti, hogy egy teljesen fekete test spektrális összetétele és sugárzási energiája nem függ a test természetétől.

Az (1.1) és (1.2) képletek azt mutatják, hogy egy abszolút fekete test spektrális és integrál sugárzássűrűségének ismeretében bármely nem fekete testre kiszámíthatóak, ha ismert ez utóbbi abszorpciós együtthatója, amit kísérletileg kell meghatározni.

A kutatások a fekete test sugárzásának következő törvényeihez vezettek.

1. Stefan-Boltzmann törvény: Egy teljesen fekete test integrál sugárzási sűrűsége arányos abszolút hőmérsékletének negyedik hatványával

Nagyságrend σ hívott Stefan állandó- Boltzmann:

σ = 5,6687·10 -8 J m - 2 s - 1 K - 4.

Idővel kibocsátott energia t abszolút fekete test sugárzó felülettel Sállandó hőmérsékleten T,

W=σT 4 St

Ha a testhőmérséklet idővel változik, pl. T = T(t), Ez

Stefan-Boltzmann törvénye rendkívüli módon jelzi gyors növekedés sugárzási teljesítmény növekvő hőmérséklettel. Például, amikor a hőmérséklet 800-ról 2400 K-re (azaz 527-ről 2127 °C-ra) emelkedik, egy teljesen fekete test sugárzása 81-szeresére nő. Ha egy teljesen fekete testet olyan közeg vesz körül, amelynek hőmérséklete T 0, akkor a szem magába szívja a környezet által kibocsátott energiát.

Ebben az esetben a kibocsátott és az elnyelt sugárzás teljesítménye közötti különbség megközelítőleg kifejezhető a képlettel

U=σ(T 4 – T 0 4)

A Stefan-Boltzmann törvény nem alkalmazható valós testekre, mivel a megfigyelések összetettebb összefüggést mutatnak R a hőmérsékletre, valamint a test alakjára és felületének állapotára.

2. Wien eltolási törvénye. Hullámhossz λ 0, amely a fekete test sugárzásának maximális spektrális sűrűségét adja, fordítottan arányos a test abszolút hőmérsékletével:

λ 0 = vagy λ 0 T = b.

Állandó b, hívott Wien törvény állandó, egyenlő b = 0,0028978 m K ( λ méterben kifejezve).

Így a hőmérséklet emelkedésével nemcsak a teljes sugárzás növekszik, hanem ezen felül az energia spektrumbeli eloszlása ​​is megváltozik. Például alacsony testhőmérsékleten elsősorban az infravörös sugarakat vizsgálják, és a hőmérséklet emelkedésével a sugárzás vöröses, narancssárga és végül fehér színűvé válik. ábrán. A 2.1. ábra a fekete test sugárzási energiájának empirikus eloszlási görbéit mutatja hullámhosszon különböző hőmérsékleteken: ezekből látható, hogy a sugárzás maximális spektrális sűrűsége a hőmérséklet növekedésével a rövidhullámok felé tolódik el.

3. Planck törvénye. A Stefan-Boltzmann törvény és a Wien eltolási törvény nem oldja meg azt a fő problémát, hogy mekkora a spektrális sugárzás sűrűsége a fekete test spektrumának egyes hullámhosszain hőmérsékleten. T. Ehhez létre kell hoznia egy funkcionális függőséget És tól től λ És T.

Az elektromágneses hullámok kibocsátásának folytonos jellegének és az energia szabadsági fokok közötti egyenletes eloszlásának törvénye alapján (a klasszikus fizikában elfogadott) két képletet kaptunk a fekete test spektrális sűrűségére és sugárzására. :

1) Borképlet

Ahol aÉs b- állandó értékek;

2) Rayleigh-Jeans képlet

u λT = 8πkT λ – 4,

Ahol k- Boltzmann állandó. Kísérleti tesztek kimutatták, hogy adott hőmérsékleten a Wien-képlet helyes a rövid hullámokra (amikor λT nagyon kicsi, és éles konvergenciát ad a hosszú hullámhosszú tartományban tapasztaltak alapján. A Rayleigh-Jeans képlet igaznak bizonyult a hosszú hullámokra, és teljesen alkalmatlan a rövidekre (2.2. ábra).

Így a klasszikus fizika nem tudta megmagyarázni az energiaeloszlás törvényét egy abszolút fekete test sugárzási spektrumában.

A funkció típusának meghatározása u λТ teljesen új ötletekre volt szükség a fénykibocsátás mechanizmusáról. 1900-ban M. Planck azt feltételezte az elektromágneses sugárzási energia atomok és molekulák általi elnyelése és kibocsátása csak külön „részletekben” lehetséges, amelyeket energiakvantumoknak nevezünk. Az energiakvantum nagysága ε arányos a sugárzási frekvenciával v(fordítva arányos a hullámhosszal λ ):

ε = hv = hc/λ

Arányossági tényező h = 6.625·10 -34 J·s és hívják Planck állandó. A hullámhossz spektrumának látható részében λ = 0,5 µm, az energiakvantum értéke egyenlő:

ε = hc/λ= 3,79·10 -19 J·s = 2,4 eV

E feltevés alapján Planck képletet kapott arra, hogy u λТ:

Ahol k- Boltzmann állandó, Val vel– fénysebesség vákuumban. l A (2.1) függvénynek megfelelő görbe az ábrán is látható. 2.2.

A Planck-törvényből (2.11) a Stefan-Boltzmann-törvényt és a Wien-féle eltolási törvényt kapjuk. Valóban, az integrált sugárzássűrűségre, amit kapunk

Az ezzel a képlettel végzett számítás olyan eredményt ad, amely egybeesik a Stefan-Boltzmann állandó tapasztalati értékével.

A Wien-féle eltolási törvény és állandója a Planck-képletből a függvény maximumának meghatározásával kapható meg u λТ, miért a származéka u λТÁltal λ , és egyenlő nullával. A számítás a következő képlethez vezet:

Állandó számítása b ez a képlet is a Wien állandó tapasztalati értékével egybeeső eredményt ad.

Tekintsük a hősugárzás törvényeinek legfontosabb alkalmazásait.

A. Termikus fényforrások. A legtöbb mesterséges fényforrás hőkibocsátó (elektromos izzólámpák, hagyományos ívlámpák stb.). Ezek a fényforrások azonban nem túl gazdaságosak.

Az 1. §-ban azt mondták, hogy a szem a spektrumnak csak egy nagyon szűk részére érzékeny (380-770 nm); az összes többi hullám nem kelt vizuális érzetet. A szem maximális érzékenysége a hullámhossznak felel meg λ = 0,555 µm. A szem ezen tulajdonsága alapján a fényforrásoktól olyan energiaeloszlást kell megkövetelni a spektrumban, amelynél a maximális spektrális sugárzási sűrűség a hullámhosszon esne. λ = 0,555 µm vagy hasonló. Ha egy teljesen fekete testet veszünk ilyen forrásnak, akkor a Wien-féle elmozdulástörvény segítségével kiszámíthatjuk az abszolút hőmérsékletét:

Így a legelőnyösebb termikus fényforrásnak 5200 K hőmérsékletűnek kell lennie, ami megfelel a szoláris felület hőmérsékletének. Ez az egybeesés az emberi látás biológiai alkalmazkodásának eredménye a napsugárzási spektrum energiaeloszlásához. De még ez a fényforrás is hatékonyság(a látható sugárzás energiájának aránya az összes sugárzás összenergiájához) kicsi lesz. Grafikusan az ábrán. 2.3 ezt az együtthatót a területek aránya fejezi ki S 1És S; négyzet S 1 kifejezi a sugárzás energiáját a spektrum látható tartományában, S- minden sugárzási energia.

A számítások azt mutatják, hogy körülbelül 5000-6000 K hőmérsékleten a fényhatásfok csak 14-15% (abszolút fekete test esetén). A meglévő mesterséges fényforrások hőmérsékletén (3000 K) ez a hatásfok mindössze 1-3%. A hőkibocsátó ilyen alacsony „fényteljesítménye” azzal magyarázható, hogy az atomok és molekulák kaotikus mozgása során nem csak a fény (látható) hullámok gerjesztődnek, hanem más elektromágneses hullámok is, amelyek nem gyakorolnak fényhatást az atomokra. szem. Ezért nem lehet szelektíven rákényszeríteni a testet, hogy csak azokat a hullámokat bocsátja ki, amelyekre a szem érzékeny: láthatatlan hullámokat is bocsátanak ki.

A modern hőmérsékletű fényforrások közül a legfontosabbak a volfrámszálas elektromos izzólámpák. A wolfram olvadáspontja 3655 K. Az izzószál 2500 K feletti hőmérsékletre hevítése azonban veszélyes, mivel a volfrám ezen a hőmérsékleten nagyon gyorsan porlasztódik, és az izzószál tönkremegy. Az izzószál porlasztásának csökkentése érdekében javasolták, hogy a lámpákat inert gázokkal (argon, xenon, nitrogén) töltsék fel körülbelül 0,5 atm nyomáson. Ez lehetővé tette az izzószál hőmérsékletének 3000-3200 K-re emelését. Ezen a hőmérsékleten a sugárzás maximális spektrális sűrűsége az infravörös hullámok tartományában van (kb. 1,1 mikron), ezért minden modern izzólámpa hatásfoka enyhén több mint 1%.

B. Optikai pirometria. A fekete test sugárzásának fentebb vázolt törvényei lehetővé teszik ennek a testnek a hőmérsékletének meghatározását, ha a hullámhossz ismert. λ 0 , ami a maximumnak felel meg u λТ(a Wien-törvény szerint), vagy ha ismert az integrál sugárzási sűrűség értéke (Stefan-Boltzmann törvény szerint). Ezek a módszerek a testhőmérséklet meghatározására a kabinban lévő hősugárzásból optikai pirometria; különösen akkor hasznosak, ha nagyon magas hőmérsékletet mérünk. Mivel az említett törvények csak abszolút fekete testre vonatkoznak, az ezekre épülő optikai pirometria csak olyan testek hőmérsékletének mérése esetén ad jó eredményt, amelyek tulajdonságaikban közel állnak az abszolút fekete testhez. A gyakorlatban ezek gyári kemencék, laboratóriumi tokos kemencék, kazánkemencék stb. Nézzünk meg három módszert a hőleadók hőmérsékletének meghatározására:

A. A Wien-féle eltolási törvényen alapuló módszer. Ha ismerjük azt a hullámhosszt, amelyre a sugárzás maximális spektrális sűrűsége esik, akkor a testhőmérséklet a (2.2) képlet segítségével kiszámítható.

Különösen a Nap, a csillagok stb. felszínének hőmérsékletét határozzák meg így.

Nem fekete testeknél ez a módszer nem adja meg a valódi testhőmérsékletet; ha van egy maximum az emissziós spektrumban és kiszámoljuk T a (2.2) képlet szerint, akkor a számítás egy abszolút fekete test hőmérsékletét adja meg, amelynek spektrumában közel azonos energiaeloszlása ​​van, mint a vizsgált testé. Ebben az esetben egy teljesen fekete test sugárzásának színe megegyezik a vizsgált sugárzás színével. Ezt a testhőmérsékletet nevezik annak színhőmérséklet.

Az izzólámpa izzószálának színhőmérséklete 2700-3000 K, ami nagyon közel áll a valódi hőmérsékletéhez.

b. Sugárzási módszer a hőmérséklet mérésére a test integrál sugárzássűrűségének mérésén alapul Rés hőmérsékletének kiszámítása a Stefan-Boltzmann törvény segítségével. A megfelelő eszközöket sugárzási pirométereknek nevezzük.

Természetesen, ha a sugárzó test nem teljesen fekete, akkor a sugárzási pirométer nem a test valódi hőmérsékletét adja meg, hanem egy teljesen fekete test hőmérsékletét mutatja, amelynél az integrál sugárzási sűrűsége megegyezik az integrál sugárzással. a teszttest sűrűsége. Ezt a testhőmérsékletet ún sugárzás, vagy energia, hőfok.

A sugárzási pirométer hátrányai közül kiemeljük, hogy nem lehet vele kisméretű tárgyak hőmérsékletét meghatározni, valamint a tárgy és a pirométer között elhelyezkedő közeg hatását, amely a sugárzás egy részét elnyeli.

V. én fényerő módszer a hőmérséklet meghatározására. Működési elve a pirométerlámpa forró izzószála fényerejének vizuális összehasonlításán alapul a fűtött teszttest képének fényességével. A készülék egy teleszkóp, melyben egy elektromos lámpa van elhelyezve, akkumulátorról működik. A monokromatikus szűrőn keresztül vizuálisan megfigyelt egyenlőséget a szál képének eltűnése határozza meg a forró test képének hátterében. Az izzószálat reosztát szabályozza, a hőmérsékletet pedig az ampermérő skála határozza meg, közvetlenül a hőmérsékletre osztva.

A 19. század végére a tudósok az elektromágneses sugárzás (különösen a fény) és az anyagatomok kölcsönhatását tanulmányozva komoly, csak a kvantummechanika keretein belül megoldható problémákkal találkoztak, amelyek sok tekintetben az ún. arra a tényre, hogy ezek a problémák felmerültek. Hogy megértsük az első és talán a legsúlyosabb problémákat, képzeljünk el egy nagy fekete dobozt tükrözött belső felülettel, és az egyik falban egy kis lyuk van. A mikroszkopikus lyukon keresztül a dobozba behatoló fénysugár örökre benne marad, és vég nélkül visszaverődik a falakról. A fényt nem visszaverő, de azt teljesen elnyelő tárgy feketének tűnik, ezért szokták nevezni fekete test. (A fekete test, mint sok más fogalmi fizikai jelenség, pusztán hipotetikus tárgy, bár például egy belülről tükröződő üreges, egyenletesen melegített gömb, amelybe egyetlen apró lyukon át behatol a fény, jó közelítés.)

Ön azonban valószínűleg látta a valóságban a fekete test meglehetősen közeli analógját. Egy kandallóban például megesik, hogy több fahasáb szinte szorosan egymásra van rakva, és elég nagy üreg ég ki bennük. A rönkök külseje sötét marad és nem világít, míg az égett üreg belsejében hő (infravörös sugárzás) és fény halmozódik fel, és ezek a sugarak ismételten visszaverődnek az üreg falairól, mielőtt kiszabadulnának. Ha belenéz az ilyen rönkök közötti résbe, világos sárga-narancssárga, magas hőmérsékletű izzást fog látni, és onnan szó szerint lángolni fog a hőség. A sugarak egyszerűen beszorultak egy ideig a rönkök közé, ahogy a fényt is teljesen befogja és elnyeli a fent leírt fekete doboz.

Egy ilyen fekete doboz modellje segít megértenünk, hogyan viselkedik a fekete test által elnyelt fény, kölcsönhatásba lépve az anyag atomjaival. Itt fontos megérteni, hogy a fényt egy atom elnyeli, azonnal kibocsátja, és egy másik atom elnyeli, ismét kibocsátja és elnyeli, és ez addig fog történni, amíg el nem éri az egyensúlyi telítettségi állapotot. Ha egy fekete testet egyensúlyi állapotba hevítünk, a fekete test belsejében a sugarak kibocsátásának és abszorpciójának intenzitása kiegyenlítődik: ha egy bizonyos frekvenciájú fényt egy atom elnyel, egy másik atom, valahol belül, egyidejűleg kibocsátja ugyanezt. azonos frekvenciájú fénymennyiség. Így egy fekete testen belül az egyes frekvenciák elnyelt fényének mennyisége változatlan marad, bár a test különböző atomjai elnyelik és kibocsátják.

Eddig a pillanatig a fekete test viselkedése érthető marad. A problémák a klasszikus fizika keretein belül (a „klasszikuson” itt a kvantummechanika megjelenése előtti fizikát értjük) akkor kezdődtek, amikor egy egyensúlyi állapotban lévő fekete test belsejében tárolt sugárzási energiát próbálták kiszámítani. És két dolog hamar világossá vált:

• minél nagyobb a sugarak hullámfrekvenciája, annál több halmozódik fel belőlük a fekete test belsejében (azaz minél rövidebb a sugárzási hullám spektrum vizsgált részének hullámhossza, annál több sugara van a spektrum ezen részének a fekete testben a klasszikus elmélet előrejelzi);
• Minél nagyobb a hullám frekvenciája, annál több energiát hordoz, és ennek megfelelően annál több raktározódik el belőle a fekete testben.

Összességében ez a két következtetés elképzelhetetlen eredményhez vezetett: a fekete test belsejében a sugárzási energiának végtelennek kell lennie! A klasszikus fizika törvényeinek ezt a gonosz megcsúfolását elnevezték ultraibolya katasztrófa, mivel a nagyfrekvenciás sugárzás a spektrum ultraibolya részében található.

A rendet Max Planck német fizikus állította helyre. cm. Planck állandója) - megmutatta, hogy a probléma megszűnik, ha feltételezzük, hogy az atomok csak részletekben és csak bizonyos frekvenciákon képesek elnyelni és kibocsátani a fényt. (Később Albert Einstein általánosította ezt az elképzelést a fogalom bevezetésével fotonok- a fénysugárzás szigorúan meghatározott részei.) E séma szerint a klasszikus fizika által megjósolt sok sugárzási frekvencia egyszerűen nem létezhet egy fekete testen belül, mivel az atomok nem képesek elnyelni vagy kibocsátani azokat; Ennek megfelelően ezeket a frekvenciákat nem veszik figyelembe a fekete testen belüli egyensúlyi sugárzás kiszámításakor. Azzal, hogy csak a megengedett frekvenciákat hagyta meg, Planck megakadályozta az ultraibolya katasztrófát, és a tudományt a világ szubatomi szintű felépítésének helyes megértéséhez vezette. Emellett kiszámította az egyensúlyi feketetest-sugárzás jellemző frekvenciaeloszlását.

Ez a terjesztés sok évtizeddel azután vált világszerte ismertté, hogy maga Planck publikálta, amikor a kozmológusok felfedezték, hogy az általuk felfedezett kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás ( cm. Az ősrobbanás) spektrális jellemzőiben pontosan követi a Planck-eloszlást, és a fekete test sugárzásának felel meg körülbelül három fokkal az abszolút nulla feletti hőmérsékleten.

A fénypolarizáció egy fényhullám elektromos térerősség-vektorának oszcillációinak rendeződése, amikor a fény áthalad bizonyos anyagokon (törés során), vagy amikor a fényáram visszaverődik. A polarizált fény előállításának többféle módja van.

1) Polarizáció polaroidokkal. A polaroidok celluloid filmek, amelyek vékony kinin-szulfát kristályréteggel vannak bevonva. A polaroidok használata jelenleg a legelterjedtebb fénypolarizációs módszer.

2) Reflexiós polarizáció. Ha természetes fénysugár esik egy feketére polírozott felületre, akkor a visszavert sugár részben polarizálódik. Polarizálóként és analizátorként használható tükör vagy meglehetősen jól polírozott közönséges ablaküveg, amelyet egyik oldalán aszfaltlakkkal feketítettek.

Minél helyesebben tartják be a beesési szöget, annál nagyobb a polarizáció mértéke. Üvegnél a beesési szög 57°.

3) Polarizáció fénytörés révén. A fénysugár nem csak a visszaverődés, hanem a fénytörés során is polarizálódik. Ebben az esetben polarizátorként és analizátorként egy 10-15 vékony üveglapból álló, egymáshoz hajtogatott, a rájuk eső fénysugarakkal 57°-os szöget bezárt köteget használnak.

NagykerÉs ical actÉs alaposság, a közeg azon képessége, hogy a rajta áthaladó optikai sugárzás (fény) polarizációs síkjának elfordulását idézze elő.

a polarizációs sík j elfordulási szöge lineárisan függ a vastagságtól l réteg hatóanyag(vagy oldata) és koncentrációja Val vel ennek az anyagnak - j = [a] lc(az [a] együtthatót fajlagos O-nak nevezzük. a.); 2) egy adott környezetben a forgás az óramutató járásával megegyezően (j > 0) vagy azzal ellentétes irányban (j< 0), если смотреть навстречу ходу лучей света

43. Russ e tisztelete Szent. e ta, az optikai sugárzás (fény) áramlásának jellemzőinek változása az anyaggal való kölcsönhatás során. Ezek a jellemzők lehetnek az intenzitás térbeli eloszlása, a frekvenciaspektrum és a fény polarizációja. Gyakran R. s. csak a közeg térbeli heterogenitása által okozott fényterjedési irány változást nevezzük, a közeg helytelen fényeként érzékelve.

SZÓRÁSINDEX, annak a távolságnak a reciproka, amelynél a párhuzamos fénysugarat alkotó sugárzás fluxusa ennek eredményeként gyengül szétszóródás a környezetben 10-szer vagy e-szer.

Rel e Zach vagyok O n, kimondja, hogy az intenzitás én a közeg által szórt fény fordítottan arányos a beeső fény l hullámhosszának 4. hatványával ( én~ l -4) abban az esetben, ha a közeg dielektromos részecskékből áll, amelyek mérete jóval kisebb, mint l . I rass ~1/ 4

44. Elnyelő e sz. e ta, az anyagi közegen áthaladó optikai sugárzás (fény) intenzitásának csökkenése a közeggel való kölcsönhatás folyamatai miatt. Fényenergia P. s. belemegy különféle formák a közeg belső energiája vagy az optikai sugárzás összetétele; az elnyelt sugárzás frekvenciájától eltérő frekvencián a közeg teljesen vagy részben újrakibocsáthatja.

Bouguer törvénye.A fizikai jelentése az, hogy a nyaláb fotonjainak elvesztésének folyamata a közegben nem függ a fénynyalábban lévő sűrűségüktől, azaz. fényintenzitáson és félhosszon I.

I=I 0 exp(λl ); l – hullámhossz,  λ - abszorpciós sebesség, én 0– az elnyelő sugár intenzitása.

Bogár e ra - L A Mberta – B e rak O n, meghatározza a párhuzamos monokromatikus (egyszínű) fénysugár fokozatos csillapítását, amint az egy elnyelő anyagban terjed. Ha a teljesítmény a sugár belépő réteg anyag vastag l, egyenlő én o, akkor a B.-L.-B. h., sugárteljesítmény a rétegből való kilépéskor

én(l)=I o e- c cl,

ahol c a fényelnyelés fajlagos mutatója, koncentrációegységre számítva Val vel abszorpciót meghatározó anyag;

Felszívódási arány (k l), annak a távolságnak a reciproka, amelynél a monokromatikus sugárzási fluxus A párhuzamos nyalábot képező n frekvencia az anyagban való abszorpció miatt gyengül e alkalommal vagy 10 alkalommal. Bemérve cm -1 vagy m -1 . A spektroszkópiában és az alkalmazott optika néhány más ágában a "PP" kifejezés hagyományosan az abszorpciós együttható jelölésére használják.

Moláris abszorpciós sebesség

Az áteresztőképesség a közegen áthaladó sugárzási fluxus és a felületére eső fluxus aránya. t = F/F 0

Az optikai sűrűség az anyagréteg átlátszatlanságának mértéke fénysugarak esetén D = log(-F 0 /F)

A környezet átláthatósága- az egységnyi vastagságú közegrétegen irányváltoztatás nélkül áthaladó sugárzási fluxus nagyságának és a beeső fluxus nagyságához viszonyított aránya (azaz a szórás hatásainak és a hatások határfelületekre gyakorolt ​​hatásának figyelembevétele nélkül) .

45. Hősugárzás- folytonos spektrumú elektromágneses sugárzás, amelyet a felhevült testek hőenergiájuk miatt bocsátanak ki.

Teljesen fekete test- a termodinamikában használt fizikai idealizáció, olyan test, amely minden tartományban elnyeli az összes ráeső elektromágneses sugárzást, és nem tükröz vissza semmit. A név ellenére egy teljesen fekete test maga is bármilyen frekvenciájú elektromágneses sugárzást bocsáthat ki, és vizuálisan színe is lehet. Egy teljesen fekete test sugárzási spektrumát csak a hőmérséklete határozza meg.

Szürke test- ez egy olyan test, amelynek abszorpciós együtthatója nem a frekvenciától, hanem csak a hőmérséklettől függ

Szürke testhez

SZÜRKE TEST- test, abszorpciós együttható amely kisebb, mint 1, és nem függ a sugárzás hullámhosszától és abs. hőmérsékletek T. Coef. az összes valós test abszorpciója (más néven feketeségi együttható S.t.) attól függ (szelektív abszorpció) és T, ezért csak az intervallumokban tekinthetők szürkének és T, ahol együttható kb. állandó. A spektrum látható tartományában a szén (= 0,80 400–900 K-en) és a korom (= 0,94–0,96 370–470 K-en) a szoláris t tulajdonságaival rendelkezik. a platina és a bizmutfekete a legszélesebb tartományban nyeli el és bocsát ki fényt - a látható fénytől a 25-30 mikronig (= 0,93-0,99).

A sugárzás alapvető törvényei:

Stefan-Boltzmann törvény- a fekete test sugárzásának törvénye. Meghatározza egy teljesen fekete test sugárzási erejének a hőmérsékletétől való függését. A törvény kijelentése:

hol van a feketeség foka (minden anyagra, abszolút fekete testre). A Planck-törvényt alkalmazva a sugárzásra, a σ állandó a következőképpen definiálható

hol van Planck állandója, k- Boltzmann állandó, c- fénysebesség.

J s −1 m −2 K −4 számérték.

Kirchhoff sugárzási törvénye- egy fizikai törvény, amelyet Kirchhoff német fizikus állapított meg 1859-ben.

A törvény modern megfogalmazásában a következőképpen hangzik:

Bármely test emissziós tényezőjének és abszorpciós képességének aránya minden testre azonos hőmérsékleten, adott frekvencián, és nem függ alakjuktól és kémiai természetüktől.

Ismeretes, hogy ha elektromágneses sugárzás esik egy bizonyos testre, annak egy része visszaverődik, egy része elnyelődik, és egy része továbbítható. Az adott frekvencián elnyelt sugárzás hányadát ún abszorpciós képesség test. Másrészt minden felhevült test energiát bocsát ki valamilyen törvény szerint, az úgynevezett a test emissziós képessége.

A és értékei nagymértékben változhatnak, amikor egyik testről a másikra haladunk, azonban a Kirchhoff-féle sugárzási törvény szerint az emissziós és az abszorpciós képességek aránya nem függ a test természetétől, és a frekvencia univerzális függvénye ( hullámhossz) és hőmérséklet:

Azt a hullámhosszt, amelynél a teljesen fekete test sugárzási energiája maximális, az határozza meg Wien eltolási törvénye:

Ahol T a hőmérséklet Kelvinben, λ max pedig a maximális intenzitású hullámhossz méterben.

A hősugárzás jellemzői

A 424e43ie hőmérsékletre felmelegített testek izzanak. A testek melegítés által okozott izzását ún hő (hőmérséklet) sugárzás. A természetben legelterjedtebb hősugárzás az anyag atomjainak és molekuláinak hőmozgási energiája (vagyis belső energiája) következtében jön létre, és minden testre jellemző 0 K feletti hőmérsékleten. A hősugárzást jellemzik. folytonos spektrummal, melynek maximumának helyzete a hőmérséklettől függ. Magas hőmérsékleten rövid (látható és ultraibolya) elektromágneses hullámokat bocsátanak ki, míg alacsony hőmérsékleten túlnyomórészt hosszú (infravörös) hullámokat bocsátanak ki.

A hősugárzás gyakorlatilag az egyetlen sugárzási típus egyensúlyi. Tegyük fel, hogy egy fűtött (sugárzó) testet egy ideálisan tükröződő héj által határolt üregbe helyezünk. Az idő múlásával a test és a sugárzás közötti folyamatos energiacsere eredményeképpen beáll az egyensúly, azaz a szervezet annyi energiát vesz fel egységnyi idő alatt, amennyit kibocsát. Tételezzük fel, hogy a test és a sugárzás közötti egyensúly valamiért megbomlik, és a szervezet több energiát bocsát ki, mint amennyit elnyel. Ha a test egységnyi idő alatt többet bocsát ki, mint amennyit elnyel (vagy fordítva), akkor a testhőmérséklet csökkenni (vagy emelkedni) kezd. Ennek eredményeként a szervezet által kibocsátott energia mennyisége gyengül (vagy öregszik), amíg végül be nem áll az egyensúly. Minden más típusú sugárzás nem egyensúlyi állapotú.

A hősugárzás mennyiségi jellemzője az egy test energiafényességének (emissziós képességének) spektrális sűrűsége≈ a test egységnyi felületére eső sugárzási teljesítmény egységnyi szélességű frekvenciatartományban:

ahol D ≈ az egységnyi idő alatt kibocsátott elektromágneses sugárzás energiája (sugárzási teljesítmény) a test egységnyi felületére vonatkoztatva a frekvenciatartományban n előtt n+d n.

Az energetikai fény spektrális sűrűségének mértékegysége ( Rn, T) ≈joule négyzetméterenként(J/m2).

Az írott képlet a hullámhossz függvényében ábrázolható:

Mert c=ln, Hogy

ahol a mínusz jel azt jelzi, hogy 424e43ie éves kortól ;az egyik mennyiség hiánya ( n vagy l)újabb mennyiség csökken. Ezért a következőkben elhagyjuk a mínusz jelet. És így,

A (197.1) képlet segítségével innen indulhatunk R n,T ═ Nak nek Rl,Tés fordítva.

Az energetikai fényesség spektrális sűrűségének ismeretében kiszámíthatjuk integrál energia fényesség (integrál emissziós tényező)(ezt egyszerűen a test energetikai fényerejének hívják), minden frekvencián összegezve:

A testek azon képességét, hogy elnyeljék a rájuk eső sugárzást, az jellemzi spektrális abszorpciós kapacitás

megmutatja, hogy a testre eső frekvenciájú elektromágneses hullámok egységnyi idő alatt és egységnyi felületen hány energiát hoznak. n előtt n+d n, felszívódik a szervezetben. A spektrális abszorpciós kapacitás dimenzió nélküli mennyiség. Mennyiségek Rn, T═és A n,T függenek a test természetétől, termodinamikai hőmérsékletétől, és ugyanakkor különböznek a különböző frekvenciájú sugárzástól. Ezért ezeket az értékeket biztosnak nevezzük TÉs n(vagy inkább elég 424e43ie-ig; pontosan egy szűk frekvenciatartomány től n előtt n+d n).

Feketének nevezzük azt a testet, amely bármilyen hőmérsékleten képes teljesen elnyelni a rá eső bármilyen frekvenciájú sugárzást. Következésképpen egy fekete test spektrális abszorpciós kapacitása minden frekvenciára és hőmérsékletre azonos egységgel ( ). A természetben nincsenek teljesen fekete testek, de az olyan testek, mint a korom, platinafekete, fekete bársony és mások, bizonyos frekvenciatartományban, tulajdonságaikban közel állnak hozzájuk.

A fekete test ideális modellje egy zárt üreg egy kis lyukkal RÓL RŐL, melynek belső felülete megfeketedett (286. ábra). Az ilyen üregbe belépő fénysugár többszörös visszaverődést tapasztal a falakról, aminek következtében a kibocsátott sugárzás intenzitása gyakorlatilag nulla. A tapasztalat azt mutatja, hogy ha a lyuk mérete kisebb, mint az üreg átmérőjének 0,1-e, az összes frekvenciájú beeső sugárzás teljesen elnyelődik. Emiatt az utca felőli házak nyitott ablakai feketének tűnnek, bár a szobákon belül a falakról visszaverődő fény miatt szinte világos.

A fekete test fogalmával együtt a fogalmat használják szürke test≈ olyan test, amelynek abszorpciós kapacitása kisebb, mint egység, de minden frekvencián azonos, és csak a test felületének hőmérsékletétől, anyagától és állapotától függ. Így egy szürke testhez = NÁL NÉL= konst

A hősugárzás tanulmányozása fontos szerepet játszott a fény kvantumelméletének megalkotásában, ezért figyelembe kell venni azokat a törvényeket, amelyeknek engedelmeskedik.

A test energiafényességeR T, számszerűen egyenlő az energiával W, amelyet a test a teljes hullámhossz-tartományban bocsát ki (0<<) egységnyi testfelületre, egységnyi időre, testhőmérsékleten T, azaz

(1)

A test emissziós képességer ,T számszerűen megegyezik a test energiájával dW, amelyet egy test egységnyi testfelületről bocsát ki, egységnyi idő alatt T testhőmérsékleten, a  és  közötti hullámhossz-tartományban +d, azok.

(2)

Ezt a mennyiséget a test energiafényességének spektrális sűrűségének is nevezik.

Az energetikai luminozitás a képlet alapján kapcsolódik az emissziós képességhez

(3)

Felszívódás test  ,T- egy szám, amely megmutatja, hogy a test felületére eső sugárzási energia mekkora hányadát nyeli el az  és  közötti hullámhossz-tartományban +d, azok.

. (4)

Olyan test, amelyre  ,T =1 a teljes hullámhossz-tartományban abszolút fekete testnek (BLB) nevezzük.

Olyan test, amelyre  ,T =állandó<1 a teljes hullámhossz-tartományban szürkének nevezzük.

46. ​​Speciális fizikai műszerek, az úgynevezett aktinométerek képesek mérni a földfelszínre jutó napenergia mennyiségét egységnyi területen, egységnyi idő alatt. Előtt a napsugarak Amikor elérik a Föld felszínét és belépnek az aktinométerbe, légkörünk teljes vastagságán át kell haladniuk, aminek következtében az energia egy részét a légkör elnyeli. Ennek az abszorpciónak a nagysága a légkör állapotától függően nagyon változó, így a különböző időpontokban a földfelszínre érkező napenergia mennyisége nagyon eltérő.

A napállandó az az energiamennyiség, amelyet a Föld légkörének határán a Nap sugaraira merőlegesen kitett négyzetcentiméternyi terület kap egy perc alatt kis kalóriában. Számos geofizikai obszervatóriumból származó aktinometrikus megfigyelések nagy sorozatából a következő értéket kapták a szoláris állandóra:

A = 1,94 cal/cm2 perc.

A telephely felszínének 1 négyzetméterén a Föld környezetében a Nap felé fordulva másodpercenként 1400 J napelektromágneses sugárzás által átadott energia érkezik. Ezt az értéket szoláris állandónak nevezzük. Vagyis a napsugárzás energiaáram-sűrűsége 1,4 kW/m2.

SOLAR SPECTRUM - a Nap elektromágneses sugárzásának energiájának eloszlása ​​a több nm-es (gamma-sugárzás) töredékétől a méteres rádióhullámokig terjedő hullámhossz-tartományban. A látható tartományban a napspektrum közel van egy teljesen fekete test spektrumához, körülbelül 5800 K hőmérsékleten; energiamaximuma 430-500 nm tartományban van. A napspektrum egy folytonos spektrum, amelyen több mint 20 ezer különböző kémiai elem abszorpciós vonala (Fraunhofer-vonal) helyezkedik el.

Actin O méter- közvetlen napsugárzás intenzitásának mérésére szolgáló készülék. A timföld működési elve a beeső sugárzás elnyelésén alapul egy megfeketedett felületen, és energiájának hővé alakításán. Az A. relatív eszköz, mert A sugárzás intenzitását a felmelegedést kísérő különféle jelenségek alapján ítélik meg, ellentétben a pirheliométerekkel - abszolút műszerekkel. Például a Michelson-aktinométer működési elve a napsugarak által koromtól megfeketedett bimetál lemez melegítésén alapul. 1 , vasból és invarból préselve Melegítéskor a vas megnyúlik, az invar szinte semmilyen hőtágulást nem tapasztal, ezért a lemez meghajlik. A hajlítás mértéke a napsugárzás intenzitásának mértéke. A kvarcszál mozgását mikroszkóppal figyeljük meg. , a lemez végén található.