Дать определение закона Стефана — Больцмана.
Г.
Тема: Законы теплового излучения.
Законы теплового излучения используются для измерения температуры раскаленных и самосветящихся тел (например, звезд). Методы измерения высоких температур, использующие зависимость спектральной плотности излучательности или интегральной излучательности (излучательности) тел от температуры, называются оптической пирометрией.
Закон Стефана — Больцмана
Австрийский физик и математик Йозеф Стефан (Joseph Stefan) в 1879 году путём измерения теплоотдачи платиновой проволоки при различных температурах установил пропорциональность излучаемой ею энергии четвертой степени абсолютной температуры. Теоретическое обоснование этого закона было дано в 1884 году учеником Стефана Людвигом Больцманом (Ludwig Boltzmann).
Закон: Энергетическая светимость (q) абсолютно черного тела пропорциональна четвертой степени его абсолютной температуры (T).
q = σ ⋅ T4
Константа в этой формуле называется постоянной Стефана-Болъцмана,
σ = 5.67 ⋅ 10-8 (Вт/м2)/К4.
Энергетическая светимость — это мощность излучения на всех длинах волн с единицы поверхности (Вт/м2).
Из этого следует, что все окружающие нас объекты испускают тепловое излучение, так как всегда имеют температуру выше абсолютного нуля 0 К или выше минус 273ºС.
При повышении абсолютной температуры в два раза, мощность излучения увеличится в 16 раз.
Но так можно говорить только про температуру в абсолютной шкале Кельвина, в градусах Цельсия температура не меняется в разы или на проценты никогда! Закон теплового излучения справедлив для абсолютно черного тела.
|
|
|
Закон излучения Кирхгофа
Немецкий физик Густав Кирхгоф (Gustav Kirchhoff), работая работая над основами спектрального анализа, в 1859 году опубликовал статью «О связи между излучением и поглощением света и теплоты», в которой установил общее положение, «что для лучей одной и той же длины волны, при одной и той же температуре, отношение лучеиспускательной способности к поглощательной для всех тел одинаково». В более подробной работе 1861 года Кирхгоф детально и строго обосновал это положение, известное в настоящее время как закон Кирхгофа. Закон получен на основании второго начала термодинамики и затем подтвержден опытным путём.
Закон: Отношение излучательной способности (E) к поглощательной способности (A) одинаково для всех тел при данной температуре (T) для данной длины волны (λ) и не зависит от формы тела, его химического состава и проч.
Закон излучения Кирхгофа является одним из основных законов теплового излучения и не распространяется на другие виды излучения.
|
|
|
Из закона следует — чем тело больше поглощает при температуре T на длине волны λ, тем оно больше излучает при данных температуре и длине волны.
Таким образом, поверхности с высокой степенью черноты (коэффициентом излучения) хорошо поглощают падающее излучение и сами являются хорошими излучателями.
Блестящие зеркальные поверхности с низким коэффициентом излучения мало излучают и плохо поглощают падающее на них излучение. Эта связь очень важна в инфракрасной термографии.
Закон Вина
Важные результаты в термодинамике излучения были получены немецким физиком Вильгельмом Вином (Wilhelm Wien). В 1893 году Вин на основе термодинамических соображений впервые вывел закон, определяющий положение максимума в распределении энергии в спектре излучения абсолютно черных тел.
Закон показывает, как смещается максимум распределения энергии в спектре излучения абсолютно чёрного тела при изменении температуры.
Закон: Длина волны (λмакс), на которую приходится максимум энергии в спектре равновесного излучения, обратно пропорциональна абсолютной температуре (Т) абсолютно черного тела.
λмакс = b / T
В приведенной формуле постянная b = 2,897⋅10-3 м·К.
|
|
|
Закон теплового излучения Вина объясняет, почему вещество при нагреве начинает светиться в видимом спектре. Как видно из формул, при повышении температуры объекта, все больше излучения испускается с короткими длинами волн. Начиная с температуры около 500°С это излучение уже можно наблюдать невооруженным глазом. Вместе с тем, при понижении температуры нагретых тел в их спектре все сильнее преобладает длинноволновое излучение (например, переход белого каления в красное при остывании металла).
Контрольные вопросы:
Дать определение закона Стефана — Больцмана.
Дата добавления: 2022-06-11; просмотров: 22; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!