Hősugárzás - studopediya
A fűtött szervek elektromágneses hullámokat bocsátanak ki. Ez a sugárzás végzi hőenergia átalakítása test mozgása a részecskék sugárzási energia.
Az elektromágneses sugárzás a test egy termodinamikai egyensúlyban, az úgynevezett hő (termikus) sugárzás. Néha alatt hősugárzás értetődő nemcsak az egyensúlyi, hanem a nem egyensúlyi sugárzási testek hevítés őket.
Ilyen egyensúlyi sugárzással hajtjuk végre, például, ha a kibocsátó test belsejében helyezkedik el a zárt térből átlátszatlan falak, amelynek hőmérséklete a testhőmérséklet.
A hőszigetelt szervrendszer található ugyanazon a hőmérsékleten, hőcsere a testületek által emissziós és abszorpciós hősugárzás nem vezethet zavar a termodinamikai egyensúly a rendszer, mivel ez ellentétes lenne a termodinamika második törvénye.
Ezért a hősugárzás test kell végezni általában Prevost: ha két test ugyanazon a hőmérsékleten, elnyelik különböző mennyiségű energia, és a hősugárzás ezen a hőmérsékleten kell más.
Emisszióképessége (emissziós) spektrális sűrűséggel vagy a kapacitás a test nevezik besugárzott érték En, hogy számszerűen egyenlő a felületi sűrűsége a hőteljesítmény, a test és a sugárzás frekvenciatartománya egység szélessége:
ahol dW - termikus sugárzási energia a testfelület egység egységnyi idő a frekvenciatartományban a V v + dr.
Emissziós En, t, a spektrális jellemző hősugárzás test. Ez függ a frekvencia v, az abszolút hőmérséklet T a test, valamint a anyag, forma és felületének állapotát. A SI rendszerben En, t, mért J / m2.
Abszorbanciáját monokromatikus vagy szerv nevezett abszorpciós együttható értéke A n, t mutatja, amit frakciót dWpad szállított energia egységnyi idő egységnyi testfelület a beeső elektromágneses hullámok gyakoriságra térfogat: térfogat + dv, felszívódik a szervezetben:
A n, t - dimenziómentes. Attól függ, mellett az emissziós gyakorisága és testhőmérsékletének anyagi, alakja és felületének állapotát.
A test azt mondják, hogy teljesen fekete, ha ez bármilyen hőmérsékleten teljesen felveszi az összes beeső elektromágneses tele is: A n, m fekete = 1.
Valódi testek nem teljesen fekete, de néhány az optikai tulajdonságok közel vannak a fekete test (fekete, platina-fekete, fekete bársony a látható fény tartományban van A n, t, alig különböznek egységét)
Ez az úgynevezett szürke test, ha a fajlagos abszorpció esetében azonos minden frekvencián, és n értéke függ csak a az anyag hőmérsékletét, és az állam a testfelület
Között emissziós En, m és abszorbanciát A n, m képességek bármely homályosító teste van egy arány (Kirgofa törvény differenciális formában):
Egy tetszőleges frekvenciájú és hőmérséklet, az arány a emissziós a szervezet azon képességét, hogy az abszorpciós kapacitás ugyanaz minden szervek és az egyenlő emissziós en, vagyis a fekete test a frekvencia függvényében és a hőmérséklet (a funkció Kirchhoff En, m = A n, TEN, m = 0).
Emissive teljesítmény (besugárzott) a test:
jelentése felületi teljesítmény-sűrűség a hősugárzás test, azaz sugárzási energia az összes lehetséges kibocsátott frekvenciák egységnyi testfelületre egységnyi idő alatt.
A teljes emittáló erejét egy feketetest ey:
2. A törvények feketetest-sugárzás
Törvények feketetest-sugárzás kapcsolat van beállítva ey és e n, T a frekvencia és a hőmérséklet.
Törvény Cmefana - Boltsmapa:
érték # 963; - egy univerzális állandó Stefan -Boltsmana egyenlő -10-8 5,67 W / m2 * grad4.
.. Az energia eloszlása a spektrumban a feketetest-sugárzás, azaz függőség en, T, a frekvencia különböző hőmérsékleteken, a formája alább látható:
ahol C - a fénysebesség vákuumban, egy F (v / T) - egy univerzális arányának függvényében a sugárzási frekvenciát feketetest annak hőmérséklet.
A sugárzási frekvenciát nmax megfelel annak a legnagyobb emissziós en, T feketetest szerint Wien-törvény van
ahol B1 - állandó, hogy formájától függ az f függvény (n / T).
Buna féle elmozdulás jog: a frekvenciája megfelel a maximális értéke emissziós en, T fekete test egyenesen arányos az abszolút hőmérséklet.
Az energetikai szempontból, fekete fénysugárzás egyenértékű rendszer nem végtelenül nagyszámú kölcsönhatásban harmonikus oszcillátor, az úgynevezett sugárzó oszcillátor. ha # 949, (# 957) - az átlagos energia a sugárzás oszcillátor a természetes frekvencia # 957;, majd
A klasszikus jog egységes energia-eloszlás a szabadsági fok # 949; (# 957;) = kT, ahol k a Boltzmann állandó, és
Ez az arány az úgynevezett Rayleigh-Jeans formula. Nagyfrekvenciákon vezet éles eltérés a tapasztalat, az úgynevezett „ultra-ibolya katasztrófa: en, T monoton növekvő gyakorisággal, nem a legnagyobb és a szerves emissziós feketetest végtelenné válik.
Ennek oka a fent említett nehézségek megtalálásában formájában funkció Kirchhoff en, T, kapcsolódó egyik alapvető elve a klasszikus fizika, amely szerint az energia bármely rendszer folyamatosan változtatható, azaz a. E. vehet bármilyen értéket tetszőlegesen közel.
Szerint a Planck kvantumelmélet sugárzás energiája az oszcillátor a természetes frekvencia v feltételezhetjük csak bizonyos diszkrét (kvantált) értékeket, amelyek eltérnek egy egész számú elemi részeinek --kvantum energia:
h = b, 625-10-34 J * s - Planck állandó (a kvantum hatás). Ennek megfelelően, a emissziós és abszorpciós energia sugárzó test részecskék (atomok, molekulák vagy ionok) cseréje energia sugárzás oszcillátorok kell történnie, nem folyamatosan, de diszkréten - külön részletekre (QUANTA).
A kifejezés vezette Gustav Kirchhoff 1862-ben.
A tanulmány a jogszabályok sugárzás feketetest volt az egyik előfeltétele a megjelenése kvantummechanika. Megpróbálom leírni a feketetest-sugárzás alapja a klasszikus elveit termodinamika és elektrodinamika vezet Rayleigh - Jeans.
A gyakorlatban egy ilyen törvény azt jelentené, hogy lehetetlen a termikus egyensúly az anyag és a sugárzás, mivel szerinte, minden hőenergiát kellene menni az energia rövid hullámhosszú tartományában a sugárzás. Egy ilyen feltételezett jelenség az úgynevezett ultraibolya katasztrófa.
Mindazonáltal a törvény sugárzás Rayleigh - Jeans csak a hosszú hullámhosszú része a spektrum és megfelelően ismerteti a természet a sugárzás. Ahhoz, hogy magyarázza azt a tényt, hogy az ilyen levelezés csak akkor lehetséges, segítségével a kvantummechanikai megközelítés, amely szerint a kibocsátás lép fel diszkrét. Alapján a kvantum törvények tudja szerezni a Planck képlet, amely egybeesik a Formula Rayleigh - Jeans.
Ez a tény tökéletesen illusztrálja érvényességét az elvet, hogy az új fizikai elmélet kell magyarázni, hogy képes volt megmagyarázni a régi.
A sugárzás intenzitása a feketetest, mint a hőmérséklet függvényében és a frekvencia határozza meg Planck törvénye.
Az összes energia a hősugárzás határozza meg Stefan-Boltzmann-törvény. Így, feketetest T = 100 K bocsát ki 5,67 watt per négyzetméter a felületének. A hőmérséklet 1000 K a sugárzási teljesítmény növekszik 56,7 kilowatt négyzetméterenként.
A hullámhossz, amelynél a sugárzó energia egy feketetest maximális, határozza meg a törvény elmozdulás Wynne. Így, feltételezve, első közelítésben, hogy az emberi bőr közelében a tulajdonságok a teljesen fekete test, az emissziós spektrum maximális hőmérsékleten 36 ° C (309 K) fekszik hullámhosszon 9400 nm (az infravörös tartományban).
Az elektromágneses sugárzás, ami termodinamikai egyensúlyban van egy teljesen fekete test egy adott hőmérsékleten (például a sugárzási üregen belül egy teljesen fekete test) nevezik feketetest (vagy termikus egyensúly) sugárzás. Egyensúlyi hőmérsékleti sugárzás homogén, izotróp és polarizálatlan, energia transzfer hiányzik belőle valamennyi sajátosságát csak attól függ a hőmérséklet feketetest emitter test (és, például a feketetest-sugárzás van termikus egyensúlyban van a test, ez a hőmérséklet lehet tulajdonítani sugárzás).
Nagyon közel a tulajdonságait, hogy az úgynevezett fekete test háttérsugárzás vagy kozmikus háttérsugárzás - sugárzást, amely kitölti a Universe körülbelül 3 K hőmérsékleti
sugárzás színe táblázata feketetest *:
A hőmérséklet-tartomány Kelvinben