Ang enerhiya na nawawala ng isang katawan dahil sa thermal radiation ay nailalarawan sa pamamagitan ng mga sumusunod na halaga.

Flux (F) - enerhiya na ibinubuga bawat yunit ng oras mula sa buong ibabaw ng katawan.

Sa katunayan, ito ang kapangyarihan ng thermal radiation. Ang sukat ng radiation flux ay [J / s \u003d W].

Liwanag ng enerhiya (Re) - enerhiya ng thermal radiation na ibinubuga bawat yunit ng oras mula sa isang yunit na ibabaw ng isang pinainit na katawan:

Sa sistema ng SI, sinusukat ang liwanag ng enerhiya - [W / m 2].

Ang radiation flux at liwanag ng enerhiya ay nakasalalay sa istraktura ng sangkap at temperatura nito: F = F(T),

Ang pamamahagi ng liwanag ng enerhiya sa spectrum ng thermal radiation ay nagpapakilala nito parang multo density. Tukuyin natin ang enerhiya ng thermal radiation na ibinubuga ng isang ibabaw sa 1 s sa isang makitid na hanay ng mga wavelength mula sa λ dati λ +d λ, sa pamamagitan ng dRe.

Spectral density ng energy luminosity(r) o emissivity ay ang ratio ng liwanag ng enerhiya sa isang makitid na bahagi ng spectrum (dRe) sa lapad ng bahaging ito (dλ):

Isang tinatayang view ng spectral density at energy luminosity (dRe) sa hanay ng wavelength mula λ dati λ +d λ, ipinapakita sa fig. 13.1.

kanin. 13.1. Spectral density ng liwanag ng enerhiya

Ang pag-asa ng spectral density ng liwanag ng enerhiya sa wavelength ay tinatawag spectrum ng radiation ng katawan. Ang pag-alam sa pag-asa na ito ay ginagawang posible upang makalkula ang liwanag ng enerhiya ng isang katawan sa anumang hanay ng wavelength. Ang formula para sa pagkalkula ng liwanag ng enerhiya ng isang katawan sa hanay ng wavelength ay:

Ang kabuuang ningning ay:

Ang mga katawan ay hindi lamang naglalabas, ngunit sumisipsip din ng thermal radiation. Ang kakayahan ng isang katawan na sumipsip ng enerhiya ng radiation ay depende sa substance, temperatura, at wavelength ng radiation nito. Ang kapasidad ng pagsipsip ng katawan ay nailalarawan sa pamamagitan ng monochromatic absorption coefficientα.

Hayaang bumagsak ang isang batis sa ibabaw ng katawan monochromatic radiation Φ λ na may wavelength λ. Ang bahagi ng daloy na ito ay makikita at ang bahagi ay hinihigop ng katawan. Tukuyin natin ang halaga ng absorbed flux Φ λ abs.

Monochromatic absorption coefficient α λ ay ang ratio ng radiation flux na hinihigop ng isang partikular na katawan sa magnitude ng insidente na monochromatic flux:

Ang monochromatic absorption coefficient ay isang walang sukat na dami. Ang mga halaga nito ay nasa pagitan ng zero at isa: 0 ≤ α ≤ 1.

Function α = α(λ,Τ) , na nagpapahayag ng dependence ng monochromatic absorption coefficient sa wavelength at temperatura, ay tinatawag na kapasidad ng pagsipsip katawan. Ang kanyang hitsura ay maaaring medyo kumplikado. Ang pinakasimpleng mga uri ng pagsipsip ay isinasaalang-alang sa ibaba.

Itim na itim ang katawan ay isang katawan na ang absorption coefficient ay katumbas ng pagkakaisa para sa lahat ng wavelength: α = 1.

kulay abong katawan ay isang katawan kung saan ang absorption coefficient ay hindi nakasalalay sa wavelength: α = const< 1.

Maputi talaga ang katawan ay isang katawan na ang absorption coefficient ay zero para sa lahat ng wavelength: α = 0.

Batas ni Kirchhoff

Batas ni Kirchhoff- ang ratio ng emissivity ng katawan sa kapasidad ng pagsipsip nito ay pareho para sa lahat ng mga katawan at katumbas ng spectral density ng liwanag ng enerhiya ng isang itim na katawan:

= /

Bunga ng batas:

1. Kung ang isang katawan sa isang naibigay na temperatura ay hindi sumisipsip ng anumang radiation, hindi ito naglalabas nito. Sa katunayan, kung para sa ilang wavelength ang absorption coefficient α = 0, kung gayon r = α∙ε(λT) = 0

1. Sa parehong temperatura itim na katawan nagniningning nang higit sa iba. Sa katunayan, para sa lahat ng mga katawan maliban itim,α < 1, поэтому для них r = α∙ε(λT) < ε

2. Kung para sa ilang katawan ay eksperimento nating tinutukoy ang dependence ng monochromatic absorption coefficient sa wavelength at temperatura - α = r = α(λT), pagkatapos ay maaari nating kalkulahin ang emission spectrum nito.

§ 4 Liwanag ng enerhiya. Batas Stefan-Boltzmann.

Batas sa displacement ni Wien

RE(pinagsamang liwanag ng enerhiya) - Tinutukoy ng liwanag ng enerhiya ang dami ng enerhiya na ibinubuga mula sa isang ibabaw bawat yunit ng oras sa buong saklaw ng frequency mula 0 hanggang ∞ sa isang ibinigay na temperatura T.

Koneksyon enerhiya ningning at ningning

[R e ] \u003d J / (m 2 s) \u003d W / m 2

Ang batas ni J. Stefan (Austrian scientist) at L. Boltzmann (German scientist)

saan

σ \u003d 5.67 10 -8 W / (m 2 K 4) - Stef-on-Boltzmann constant.

Ang liwanag ng enerhiya ng isang itim na katawan ay proporsyonal sa ikaapat na kapangyarihan ng thermodynamic na temperatura.

Batas ni Stefan-Boltzmann, na tumutukoy sa pagtitiwalaREsa temperatura, ay hindi nagbibigay ng sagot tungkol sa parang multo na komposisyon ng radiation ng isang ganap na itim na katawan. Mula sa mga eksperimentong kurba ng pagdependerλ ,T mula sa λ sa iba't-ibang T ito ay sumusunod na ang distribusyon ng enerhiya sa spectrum ng isang blackbody ay hindi pantay. Ang lahat ng mga curves ay may maximum, na may pagtaas T lumilipat patungo sa mas maikling wavelength. Lugar na napapalibutan ng dependency curver Ang λ ,T mula sa λ, ay katumbas ng RE(ito ay sumusunod mula sa geometric na kahulugan ng integral) at proporsyonal sa T 4 .

Wien's displacement law (1864 - 1928): Length, waves (λ max), which accounts for the maximum emissivity of an a.ch.t. sa isang naibigay na temperatura, ay inversely proportional sa temperatura T.

b\u003d 2.9 10 -3 m K - Wien's constant.

Ang paglilipat ng Wien ay nangyayari dahil habang tumataas ang temperatura, lumilipat ang pinakamataas na emissivity patungo sa mas maikling mga wavelength.

§ 5 Rayleigh-Jeans formula, Wien's formula at ultraviolet catastrophe

Ang batas ng Stefan-Boltzmann ay nagpapahintulot sa iyo na matukoy ang liwanag ng enerhiyaREa.h.t. sa pamamagitan ng temperatura nito. Iniuugnay ng batas ng displacement ng Wien ang temperatura ng katawan sa haba ng daluyong kung saan bumaba ang pinakamataas na emissivity. Ngunit ni isa o ang iba pang batas ay hindi malulutas ang pangunahing problema kung gaano kalaki ang radiative na kakayahan sa bawat λ sa spectrum ng isang A.Ch.T. sa isang temperatura T. Upang gawin ito, kailangan mong magtatag ng functional dependencyrλ ,T mula sa λ at T.

Batay sa konsepto ng tuluy-tuloy na katangian ng paglabas ng mga electromagnetic wave sa batas ng pare-parehong pamamahagi ng mga enerhiya sa mga antas ng kalayaan, dalawang mga formula ang nakuha para sa emissivity ng isang a.ch.t.:

• Formula ng alak

saan a, b = const.

• Formula ng Rayleigh-Jeans

k =1.38·10 -23 J/K - Boltzmann's constant.

Ipinakita ng eksperimental na pag-verify na para sa isang partikular na temperatura, ang formula ng Wien ay tama para sa maiikling alon at nagbibigay ng matalim na pagkakaiba sa karanasan sa rehiyon ng mahabang alon. Ang formula ng Rayleigh-Jeans ay lumabas na tama para sa mahabang alon at hindi naaangkop para sa maikli.

Ang pag-aaral ng thermal radiation gamit ang Rayleigh-Jeans formula ay nagpakita na sa loob ng balangkas ng classical physics imposibleng malutas ang problema ng function na nagpapakilala sa emissivity ng isang AChT. Ang hindi matagumpay na pagtatangka na ipaliwanag ang mga batas ng radiation ng A.Ch.T. sa tulong ng apparatus ng classical physics, tinawag itong "ultraviolet catastrophe".

Kung susubukan nating kalkulahinREgamit ang formula ng Rayleigh-Jeans, pagkatapos

• “ sakuna ng ultraviolet”

§6 Quantum hypothesis at pormula ni Planck.

Noong 1900, si M. Planck (isang Aleman na siyentipiko) ay naglagay ng isang hypothesis ayon sa kung saan ang paglabas at pagsipsip ng enerhiya ay hindi nangyayari nang tuluy-tuloy, ngunit sa ilang maliliit na bahagi - quanta, at ang quantum na enerhiya ay proporsyonal sa dalas ng oscillation (pormula ng Planck ):

h \u003d 6.625 10 -34 J s - Planck's constant o

saan

Dahil ang radiation ay nangyayari sa mga bahagi, ang enerhiya ng oscillator (oscillating atom, electron) E ay kumukuha lamang ng mga halaga na mga multiple ng isang integer na numero ng elementarya na bahagi ng enerhiya, iyon ay, mga discrete value lamang.

E = n E o = nhν .

PHOTOELECTRIC EFFECT

Ang impluwensya ng liwanag sa kurso ng mga prosesong elektrikal ay unang pinag-aralan ni Hertz noong 1887. Nagsagawa siya ng mga eksperimento na may electric spark gap at nalaman na kapag na-irradiated ng ultraviolet radiation, ang discharge ay nangyayari sa mas mababang boltahe.

Noong 1889-1895. A.G. Pinag-aralan ni Stoletov ang epekto ng liwanag sa mga metal gamit ang sumusunod na pamamaraan. Dalawang electrodes: cathode K na gawa sa metal na pinag-aaralan at anode A (sa Stoletov's scheme - isang metal mesh na nagpapadala ng liwanag) sa isang vacuum tube ay konektado sa baterya upang sa tulong ng paglaban R maaari mong baguhin ang halaga at tanda ng boltahe na inilapat sa kanila. Kapag ang zinc cathode ay irradiated, isang kasalukuyang dumaloy sa circuit, na naitala ng isang milliammeter. Sa pamamagitan ng pag-iilaw sa cathode na may liwanag ng iba't ibang mga wavelength, itinatag ni Stoletov ang mga sumusunod na pangunahing batas:

• Ang pinakamalakas na epekto ay ibinibigay ng ultraviolet radiation;
• Sa ilalim ng pagkilos ng liwanag, ang mga negatibong singil ay tumakas mula sa katod;
• Ang lakas ng kasalukuyang nabuo ng pagkilos ng liwanag ay direktang proporsyonal sa intensity nito.

Sinukat nina Lenard at Thomson noong 1898 ang tiyak na singil ( e/ m), naglabas ng mga particle, at ito ay naging katumbas ng tiyak na singil ng elektron, samakatuwid, ang mga electron ay pinalabas mula sa katod.

§ 2 Panlabas na photoelectric effect. Tatlong batas ng panlabas na epekto ng photoelectric

Ang panlabas na photoelectric effect ay ang paglabas ng mga electron ng isang sangkap sa ilalim ng impluwensya ng liwanag. Ang mga electron na tumatakas mula sa isang substance na may panlabas na photoelectric effect ay tinatawag na photoelectrons, at ang kasalukuyang nabubuo nila ay tinatawag na photocurrent.

Gamit ang Stoletov scheme, ang sumusunod na pag-asa ng photocurrent sainilapat na boltahe sa pare-pareho ang luminous flux F(iyon ay, nakuha ang katangian ng I–V - katangian ng kasalukuyang boltahe):

Sa ilang boltaheUHumabot sa saturation ang photocurrentako n - lahat ng mga electron na ibinubuga ng katod ay umabot sa anode, kaya ang kasalukuyang saturationako n ay tinutukoy ng bilang ng mga electron na ibinubuga ng katod sa bawat yunit ng oras sa ilalim ng pagkilos ng liwanag. Ang bilang ng mga inilabas na photoelectron ay proporsyonal sa bilang ng light quanta incident sa ibabaw ng cathode. At ang bilang ng liwanag na quanta ay tinutukoy ng maliwanag na pagkilos ng bagay F nahuhulog sa katod. Bilang ng mga photonNbumabagsak sa paglipas ng panahont sa ibabaw ay tinutukoy ng formula:

saan W- radiation enerhiya na natanggap ng ibabaw sa panahon ng Δt,

enerhiya ng photon,

F e -luminous flux (kapangyarihan sa radiation).

1st batas ng panlabas na photoelectric effect (Batas ni Stoletov):

Sa isang nakapirming dalas ng ilaw ng insidente, ang saturation photocurrent ay proporsyonal sa liwanag na pagkilos ng pangyayari:

akotayo~ Ф, ν =const

Uh - pagpapahinto ng boltahe ay ang boltahe kung saan walang electron ang makakarating sa anode. Samakatuwid, ang batas ng konserbasyon ng enerhiya sa kasong ito ay maaaring isulat: ang enerhiya ng mga emitted electron ay katumbas ng retarding energy ng electric field.

samakatuwid, mahahanap ng isa ang pinakamataas na bilis ng mga inilabas na photoelectronVmax

2nd batas ng photoelectric effect : maximum na paunang bilisVmaxAng mga photoelectron ay hindi nakadepende sa intensity ng ilaw ng insidente (on F), ngunit natutukoy lamang sa dalas nito ν

Ika-3 batas ng photoelectric effect : para sa bawat sangkap na mayroon "red border" photo effect, iyon ay, ang pinakamababang dalas ν kp , depende sa likas na kemikal ng sangkap at ang estado ng ibabaw nito, kung saan posible pa rin ang panlabas na photoelectric na epekto.

Ang ikalawa at ikatlong batas ng photoelectric effect ay hindi maipaliwanag gamit ang wave nature ng liwanag (o ang classical electromagnetic theory of light). Ayon sa teoryang ito, ang pagbunot ng mga conduction electron mula sa metal ay ang resulta ng kanilang "pagtumba" ng electromagnetic field ng light wave. Habang tumataas ang intensity ng liwanag ( F) ang enerhiya na ipinadala ng electron ng metal ay dapat tumaas, samakatuwid, dapat itong tumaasVmax, at ito ay sumasalungat sa 2nd law ng photoelectric effect.

Dahil, ayon sa teorya ng alon, ang enerhiya na ipinadala ng electromagnetic field ay proporsyonal sa intensity ng liwanag ( F), pagkatapos ay anumang liwanag; frequency, ngunit ang isang sapat na mataas na intensity ay kailangang maglabas ng mga electron mula sa metal, iyon ay, ang pulang hangganan ng photoelectric effect ay hindi iiral, na sumasalungat sa ika-3 batas ng photoelectric effect. Ang panlabas na photoelectric effect ay inertialess. At hindi maipaliwanag ng wave theory ang pagiging inertialess nito.

§ 3 Einstein's equation para sa panlabas na photoelectric effect.

Pag-andar sa trabaho

Noong 1905, ipinaliwanag ni A. Einstein ang photoelectric effect batay sa mga konseptong quantum. Ayon kay Einstein, ang liwanag ay hindi lamang inilalabas ng quanta alinsunod sa hypothesis ni Planck, ngunit nagpapalaganap sa kalawakan at sinisipsip ng materya sa magkakahiwalay na bahagi - quanta na may enerhiya. E0 = hv. Ang quanta ng electromagnetic radiation ay tinatawag mga photon.

Ang equation ni Einstein (ang batas ng konserbasyon ng enerhiya para sa panlabas na epekto ng larawan):

Enerhiya ng photon ng insidente hv ay ginugol sa paghila ng isang elektron mula sa metal, iyon ay, sa pag-andar ng trabaho A out, at upang maiparating ang kinetic energy sa emitted photoelectron.

Ang pinakamaliit na enerhiya na dapat ibigay sa isang electron upang maalis ito mula sa isang solidong katawan sa isang vacuum ay tinatawag function ng trabaho.

Dahil ang enerhiya ng Ferm sa E Fdepende sa temperatura at E F, nagbabago rin sa temperatura, kung gayon, samakatuwid, A out nakadepende sa temperatura.

Bilang karagdagan, ang pag-andar ng trabaho ay napaka-sensitibo sa pagtatapos ng ibabaw. Paglalapat ng isang pelikula sa ibabaw Sa, SG, Wa) sa WA outbumababa mula 4.5 eV para sa purongW hanggang 1.5 h 2 eV para sa karumihanW.

Ginagawang posible ng equation ni Einstein na ipaliwanag sa c e tatlong batas ng panlabas na photo-effect,

Unang batas: ang bawat quantum ay hinihigop ng isang electron lamang. Samakatuwid, ang bilang ng mga ejected photoelectrons ay dapat na proporsyonal sa intensity ( F) Sveta

ikalawang batas: Vmax~ ν at mula noon A out hindi nakadepende sa F, pagkatapos atVmax hindi nakadepende sa F

Ikatlong batas: Habang bumababa ang ν,Vmax at para sa ν = ν 0 Vmax = 0, samakatuwid,hν 0 = A out, samakatuwid, i.e. mayroong isang minimum na dalas, simula kung saan posible ang panlabas na photoelectric effect.

d Φ e (\displaystyle d\Phi _(e)), na ibinubuga ng isang maliit na lugar ng ibabaw ng pinagmumulan ng radiation, sa lugar nito d S (\displaystyle dS) : M e = d Φ e d S . (\displaystyle M_(e)=(\frac (d\Phi _(e))(dS)).)

Sinasabi rin nila na ang liwanag ng enerhiya ay ang density ng ibabaw ng emitted radiation flux.

Ayon sa numero, ang liwanag ng enerhiya ay katumbas ng modulus ng time-average ng bahagi ng Poynting vector na patayo sa ibabaw. Sa kasong ito, ang pag-average ay isinasagawa sa loob ng isang panahon na makabuluhang lumampas sa panahon ng mga electromagnetic oscillations.

Ang ibinubuga na radiation ay maaaring magmula sa ibabaw mismo, pagkatapos ay nagsasalita ng isang self-luminous na ibabaw. Ang isa pang variant ay sinusunod kapag ang ibabaw ay iluminado mula sa labas. Sa ganitong mga kaso, ang ilang bahagi ng pagkilos ng pangyayari ay kinakailangang bumalik bilang resulta ng pagkakalat at pagmuni-muni. Pagkatapos ang expression para sa liwanag ng enerhiya ay may anyo:

M e = (ρ + σ) ⋅ E e , (\displaystyle M_(e)=(\rho +\sigma)\cdot E_(e),)

saan ρ (\displaystyle \rho ) at σ (\displaystyle \sigma )- coefficient reflection at coefficient scattering ng ibabaw, ayon sa pagkakabanggit, at - irradiance nito .

Iba pang mga pangalan ng liwanag ng enerhiya, kung minsan ay ginagamit sa panitikan, ngunit hindi ibinigay ng GOST: - emissivity at integral emissivity.

Spectral density ng liwanag ng enerhiya

Spectral density ng liwanag ng enerhiya M e , λ (λ) (\displaystyle M_(e,\lambda )(\lambda))- ang ratio ng magnitude ng liwanag ng enerhiya d M e (λ) , (\displaystyle dM_(e)(\lambda),) bawat maliit na parang multo na pagitan d λ , (\displaystyle d\lambda ,) nakapaloob sa pagitan λ (\displaystyle \lambda ) at λ + d λ (\displaystyle \lambda +d\lambda ), sa lapad ng agwat na ito:

M e , λ (λ) = d M e (λ) d λ . (\displaystyle M_(e,\lambda )(\lambda)=(\frac (dM_(e)(\lambda))(d\lambda )).)

Ang SI unit ng sukat ay W m −3 . Dahil ang mga haba alon ng optical radiation ay karaniwang sinusukat sa nanometer, kung gayon sa pagsasanay ay madalas na ginagamit ang W m −2 · nm −1.

Minsan sa panitikan M e , λ (\displaystyle M_(e,\lambda )) ay tinatawag parang multo emissivity.

Banayad na analogue

M v = K m ⋅ ∫ 380 n m 780 n m M e , λ (λ) V (λ) d λ , (\displaystyle M_(v)=K_(m)\cdot \int \limits _(380~nm)^ (780~nm)M_(e,\lambda )(\lambda)V(\lambda)d\lambda ,)

saan K m (\displaystyle K_(m))- maximum na maliwanag na kahusayan ng radiation, katumbas ng SI system sa 683 lm / W. Ang numerical value nito ay direktang sumusunod sa kahulugan ng candela.

Ang impormasyon tungkol sa iba pang mga pangunahing dami ng photometric ng enerhiya at ang kanilang mga light analog ay ibinibigay sa talahanayan. Ang mga pagtatalaga ng mga dami ay ibinibigay ayon sa GOST 26148-84.

SI enerhiya photometric dami

Pangalan (kasingkahulugan)	Pagtatalaga ng halaga	Kahulugan	SI unit notation	Banayad na halaga
Enerhiya radiation (nagliliwanag na enerhiya)	Q e (\displaystyle Q_(e)) o W (\displaystyle W)	Enerhiya na dala ng radiation	J	Banayad na enerhiya
Flux radiation (radiant flux)	Φ (\displaystyle \Phi ) o P (\displaystyle P)	Φ e = d Q e d t (\displaystyle \Phi _(e)=(\frac (dQ_(e))(dt)))	Tue	Banayad na daloy
Lakas radiation (lakas ng enerhiya ng liwanag)	I e (\displaystyle I_(e))	I e = d Φ e d Ω (\displaystyle I_(e)=(\frac (d\Phi _(e))(d\Omega )))	Martes sr −1	Ang lakas ng liwanag
Densidad ng enerhiya ng volumetric radiation	U e (\displaystyle U_(e))	U e = d Q e d V (\displaystyle U_(e)=(\frac (dQ_(e))(dV)))	J m −3	Volumetric density ng liwanag na enerhiya
Enerhiya liwanag	L e (\displaystyle L_(e))	L e = d 2 Φ e d Ω d S 1 cos ⁡ ε (\displaystyle L_(e)=(\frac (d^(2)\Phi _(e))(d\Omega \,dS_(1)\, \cos\varepsilon)))	W m −2 sr −1	Liwanag
Integral na liwanag ng enerhiya	e (\displaystyle \Lambda _(e))	Λ e = ∫ 0 t L e (t ′) d t ′ (\displaystyle \Lambda _(e)=\int _(0)^(t)L_(e)(t")dt")	J m −2 sr −1	Integral na liwanag
Pag-iilaw (pag-iilaw ng enerhiya)	E e (\displaystyle E_(e))	E e = d Φ e d S 2 (\displaystyle E_(e)=(\frac (d\Phi _(e))(dS_(2))))	W m −2

1. Mga katangian ng thermal radiation.

2. Batas ni Kirchhoff.

3. Mga batas ng radiation ng isang itim na katawan.

4. Radiation ng Araw.

5. Pisikal na pundasyon ng thermography.

6. Light therapy. Therapeutic na paggamit ng ultraviolet light.

7. Pangunahing konsepto at pormula.

8. Mga gawain.

Mula sa buong iba't ibang electromagnetic radiation, nakikita o hindi nakikita ng mata ng tao, ang isa ay maaaring makilala, na likas sa lahat ng mga katawan - ito ay thermal radiation.

thermal radiation- electromagnetic radiation na ibinubuga ng isang substance at nagmumula dahil sa panloob na enerhiya nito.

Ang thermal radiation ay sanhi ng paggulo ng mga particle ng bagay sa panahon ng banggaan sa proseso ng thermal motion o ng pinabilis na paggalaw ng mga singil (oscillations ng crystal lattice ions, thermal motion ng mga libreng electron, atbp.). Ito ay nangyayari sa anumang temperatura at likas sa lahat ng mga katawan. Ang isang katangian ng thermal radiation ay tuloy-tuloy na spectrum.

Ang intensity ng radiation at ang spectral na komposisyon ay nakasalalay sa temperatura ng katawan, samakatuwid, ang thermal radiation ay hindi palaging nakikita ng mata bilang isang glow. Halimbawa, ang mga katawan na pinainit sa isang mataas na temperatura ay naglalabas ng isang makabuluhang bahagi ng enerhiya sa nakikitang hanay, at sa temperatura ng silid halos lahat ng enerhiya ay ibinubuga sa infrared na bahagi ng spectrum.

26.1. Mga katangian ng thermal radiation

Ang enerhiya na nawawala ng isang katawan dahil sa thermal radiation ay nailalarawan sa pamamagitan ng mga sumusunod na halaga.

pagkilos ng radiation(F) - enerhiya na naglalabas bawat yunit ng oras mula sa buong ibabaw ng katawan.

Sa katunayan, ito ang kapangyarihan ng thermal radiation. Ang sukat ng radiation flux ay [J / s \u003d W].

Liwanag ng enerhiya(Re) ay ang enerhiya ng thermal radiation na ibinubuga sa bawat yunit ng oras mula sa isang yunit na ibabaw ng isang pinainit na katawan:

Ang dimensyon ng katangiang ito ay [W / m 2].

Parehong ang radiation flux at ang liwanag ng enerhiya ay nakasalalay sa istraktura ng sangkap at temperatura nito: Ф = Ф(Т), Re = Re(T).

Ang pamamahagi ng liwanag ng enerhiya sa spectrum ng thermal radiation ay nagpapakilala nito parang multo density. Tukuyin natin ang enerhiya ng thermal radiation na ibinubuga ng isang ibabaw sa 1 s sa isang makitid na hanay ng mga wavelength mula sa λ dati λ +d λ, sa pamamagitan ng dRe.

Ang spectral density ng liwanag ng enerhiya(r) o emissivity ay ang ratio ng liwanag ng enerhiya sa isang makitid na bahagi ng spectrum (dRe) sa lapad ng bahaging ito (dλ):

Isang tinatayang view ng spectral density at energy luminosity (dRe) sa hanay ng wavelength mula λ dati λ +d λ, ipinapakita sa fig. 26.1.

kanin. 26.1. Spectral density ng liwanag ng enerhiya

Ang pag-asa ng spectral density ng liwanag ng enerhiya sa wavelength ay tinatawag spectrum ng radiation ng katawan. Ang pag-alam sa pag-asa na ito ay nagpapahintulot sa iyo na kalkulahin ang liwanag ng enerhiya ng katawan sa anumang hanay ng wavelength:

Ang mga katawan ay hindi lamang naglalabas, ngunit sumisipsip din ng thermal radiation. Ang kakayahan ng isang katawan na sumipsip ng enerhiya ng radiation ay depende sa substance, temperatura, at wavelength ng radiation nito. Ang kapasidad ng pagsipsip ng katawan ay nailalarawan sa pamamagitan ng monochromatic absorption coefficientα.

Hayaang bumagsak ang isang batis sa ibabaw ng katawan monochromatic radiation Φ λ na may wavelength λ. Ang bahagi ng daloy na ito ay makikita at ang bahagi ay hinihigop ng katawan. Tukuyin natin ang halaga ng absorbed flux Φ λ abs.

Monochromatic absorption coefficient Ang α λ ay ang ratio ng radiation flux na hinihigop ng isang partikular na katawan sa magnitude ng insidente na monochromatic flux:

Ang monochromatic absorption coefficient ay isang walang sukat na dami. Ang mga halaga nito ay nasa pagitan ng zero at isa: 0 ≤ α ≤ 1.

Ang function na α = α(λ,Τ), na nagpapahayag ng dependence ng monochromatic absorption coefficient sa wavelength at temperatura, ay tinatawag kapasidad ng pagsipsip katawan. Ang kanyang hitsura ay maaaring medyo kumplikado. Ang pinakasimpleng mga uri ng pagsipsip ay isinasaalang-alang sa ibaba.

Itim na itim ang katawan- tulad ng isang katawan, ang absorption coefficient na katumbas ng pagkakaisa para sa lahat ng wavelength: α = 1. Ito ay sumisipsip ng lahat ng radiation incident dito.

Ayon sa kanilang mga katangian ng pagsipsip, ang soot, black velvet, platinum black ay malapit sa isang ganap na itim na katawan. Ang isang napakagandang modelo ng isang blackbody ay isang closed cavity na may maliit na butas (O). Ang mga dingding ng lukab ay itim sa Fig. 26.2.

Ang sinag na pumapasok sa butas na ito ay halos ganap na hinihigop pagkatapos ng maraming pagmuni-muni mula sa mga dingding. Mga katulad na device

kanin. 26.2. Itim na modelo ng katawan

ginagamit bilang light standards, ginagamit sa pagsukat ng mataas na temperatura, atbp.

Ang spectral density ng liwanag ng enerhiya ng isang ganap na itim na katawan ay tinutukoy ng ε(λ, Τ). Ang function na ito ay gumaganap ng isang mahalagang papel sa teorya ng thermal radiation. Ang anyo nito ay unang itinatag sa eksperimento, at pagkatapos ay nakuha sa teorya (pormula ni Planck).

Maputi talaga ang katawan- tulad ng katawan, ang absorption coefficient na katumbas ng zero para sa lahat ng wavelength: α = 0.

Walang tunay na puting katawan sa kalikasan, gayunpaman, may mga katawan na malapit sa kanila sa mga katangian sa medyo malawak na hanay ng mga temperatura at wavelength. Halimbawa, ang isang salamin sa optical na bahagi ng spectrum ay sumasalamin sa halos lahat ng liwanag ng insidente.

kulay abong katawan ay isang katawan kung saan ang absorption coefficient ay hindi nakasalalay sa wavelength: α = const< 1.

Ang ilang mga tunay na katawan ay may ganitong katangian sa isang tiyak na hanay ng mga wavelength at temperatura. Halimbawa, ang "grey" (α = 0.9) ay maaaring ituring na balat ng tao sa infrared na rehiyon.

26.2. Batas ni Kirchhoff

Ang dami ng relasyon sa pagitan ng radiation at pagsipsip ay itinatag ni G. Kirchhoff (1859).

Batas ni Kirchhoff- saloobin emissivity katawan sa kanya kapasidad ng pagsipsip pareho para sa lahat ng mga katawan at katumbas ng spectral density ng liwanag ng enerhiya ng isang ganap na itim na katawan:

Napansin namin ang ilang kahihinatnan ng batas na ito.

1. Kung ang isang katawan sa isang naibigay na temperatura ay hindi sumisipsip ng anumang radiation, hindi ito naglalabas nito. Sa katunayan, kung para sa

26.3. Mga batas ng radiation ng itim na katawan

Ang mga batas ng radiation ng itim na katawan ay itinatag sa sumusunod na pagkakasunud-sunod.

Noong 1879, nag-eksperimento si J. Stefan, at noong 1884, ayon sa teoryang tinukoy ni L. Boltzmann liwanag ng enerhiya ganap na itim na katawan.

Batas Stefan-Boltzmann - Ang liwanag ng enerhiya ng isang blackbody ay proporsyonal sa ikaapat na kapangyarihan ng ganap na temperatura nito:

Ang mga halaga ng mga koepisyent ng pagsipsip para sa ilang mga materyales ay ibinibigay sa Talahanayan. 26.1.

Talahanayan 26.1. mga koepisyent ng pagsipsip

Ang German physicist na si W. Wien (1893) ay nagtatag ng isang formula para sa wavelength na tumutukoy sa maximum emissivity ganap na itim na katawan. Ang ratio na natanggap niya ay ipinangalan sa kanya.

Habang tumataas ang temperatura, ang pinakamataas na emissivity ay lumilipat sa kaliwa (Larawan 26.3).

kanin. 26.3. Ilustrasyon ng batas sa displacement ni Wien

Sa mesa. Ipinapakita ng 26.2 ang mga kulay sa nakikitang bahagi ng spectrum, na tumutugma sa radiation ng mga katawan sa iba't ibang temperatura.

Talahanayan 26.2. Mga kulay ng pinainit na katawan

Gamit ang mga batas ng Stefan-Boltzmann at Wien, posibleng matukoy ang temperatura ng mga katawan sa pamamagitan ng pagsukat ng radiation ng mga katawan na ito. Halimbawa, ang temperatura ng ibabaw ng Araw (~6000 K), ang temperatura sa epicenter ng pagsabog (~10 6 K), atbp. ay tinutukoy sa ganitong paraan. Ang karaniwang pangalan para sa mga pamamaraang ito ay pyrometry.

Noong 1900, nakatanggap si M. Planck ng isang pormula para sa pagkalkula emissivity ganap na itim na katawan sa teorya. Upang gawin ito, kailangan niyang iwanan ang mga klasikal na ideya tungkol sa pagpapatuloy ang proseso ng radiation ng mga electromagnetic wave. Ayon kay Planck, ang radiation flux ay binubuo ng magkakahiwalay na bahagi - quanta, na ang mga enerhiya ay proporsyonal sa mga frequency ng liwanag:

Mula sa pormula (26.11) ay teoretikal na makukuha ng isa ang mga batas nina Stefan-Boltzmann at Wien.

26.4. Radyasyon ng araw

Sa loob ng solar system, ang Araw ang pinakamakapangyarihang pinagmumulan ng thermal radiation na tumutukoy sa buhay sa Earth. Ang solar radiation ay may mga katangian ng pagpapagaling (heliotherapy), ay ginagamit bilang isang paraan ng hardening. Maaari rin itong magkaroon ng negatibong epekto sa katawan (burn, thermal

Magkaiba ang spectra ng solar radiation sa hangganan ng atmospera ng daigdig at sa ibabaw ng daigdig (Larawan 26.4).

kanin. 26.4. Spectrum ng solar radiation: 1 - sa hangganan ng atmospera, 2 - sa ibabaw ng Earth

Sa hangganan ng atmospera, ang spectrum ng Araw ay malapit sa spectrum ng isang itim na katawan. Ang maximum emissivity ay nasa λ1max= 470 nm (asul).

Malapit sa ibabaw ng Earth, ang spectrum ng solar radiation ay may mas kumplikadong hugis, na nauugnay sa pagsipsip sa atmospera. Sa partikular, hindi ito naglalaman ng high-frequency na bahagi ng ultraviolet radiation, na nakakapinsala sa mga buhay na organismo. Ang mga sinag na ito ay halos ganap na hinihigop ng ozone layer. Ang maximum emissivity ay nasa λ2max= 555 nm (berde-dilaw), na tumutugma sa pinakamahusay na sensitivity ng mata.

Tinutukoy ang flux ng solar thermal radiation sa hangganan ng atmospera ng daigdig solar constant ako.

Ang pagkilos ng bagay na umaabot sa ibabaw ng lupa ay mas mababa dahil sa pagsipsip sa atmospera. Sa ilalim ng pinaka-kanais-nais na mga kondisyon (ang araw sa tuktok nito), hindi ito lalampas sa 1120 W / m 2. Sa Moscow sa panahon ng summer solstice (Hunyo) - 930 W / m 2.

Ang kapangyarihan ng solar radiation na malapit sa ibabaw ng mundo at ang spectral na komposisyon nito ay higit na nakadepende sa taas ng Araw sa itaas ng abot-tanaw. Sa fig. 26.5 ang makinis na mga kurba ng pamamahagi ng enerhiya ng isang sikat ng araw ay ibinibigay: I - sa labas ng isang kapaligiran; II - sa posisyon ng Araw sa zenith; III - sa taas na 30 ° sa itaas ng abot-tanaw; IV - sa mga kondisyong malapit sa pagsikat at paglubog ng araw (10° sa itaas ng abot-tanaw).

kanin. 26.5. Pamamahagi ng enerhiya sa spectrum ng Araw sa iba't ibang taas sa itaas ng abot-tanaw

Ang iba't ibang bahagi ng solar spectrum ay dumadaan sa kapaligiran ng Earth sa iba't ibang paraan. Ipinapakita ng Figure 26.6 ang transparency ng atmospera sa isang mataas na altitude ng Araw.

26.5. Pisikal na batayan ng thermography

Ang thermal radiation ng isang tao ay bumubuo ng isang makabuluhang proporsyon ng kanyang mga pagkalugi sa init. Ang radiative loss ng isang tao ay katumbas ng pagkakaiba ibinubuga daloy at hinihigop flux ng radiation sa kapaligiran. Ang kapangyarihan ng pagkawala ng radiation ay kinakalkula ng formula

kung saan ang S ay ang surface area; δ - pinababang absorption coefficient ng balat (damit), itinuturing na kulay abong katawan; T 1 - temperatura ng ibabaw ng katawan (damit); T 0 - temperatura ng kapaligiran.

Isaalang-alang ang sumusunod na halimbawa.

Kalkulahin natin ang kapangyarihan ng radiative na pagkawala ng isang hubad na tao sa ambient temperature na 18°C ​​​​(291 K). Kunin natin: ang ibabaw na lugar ng katawan S = 1.5 m 2; temperatura ng balat T 1 = 306 K (33°C). Ang pinababang absorption coefficient ng balat ay makikita sa Talahanayan. 26.1 (δ \u003d 5.1 * 10 -8 W / m 2 K 4). Ang pagpapalit ng mga halagang ito sa formula (26.11), nakukuha namin

P \u003d 1.5 * 5.1 * 10 -8 * (306 4 - 291 4) ≈122 W.

kanin. 26.6. Ang transparency ng atmospera ng daigdig (sa porsyento) para sa iba't ibang bahagi ng spectrum sa mataas na altitude ng Araw.

Ang thermal radiation ng tao ay maaaring gamitin bilang isang diagnostic parameter.

Thermography - isang diagnostic na paraan batay sa pagsukat at pagpaparehistro ng thermal radiation mula sa ibabaw ng katawan ng tao o mga indibidwal na seksyon nito.

Ang pamamahagi ng temperatura sa isang maliit na lugar ng ibabaw ng katawan ay maaaring matukoy gamit ang mga espesyal na likidong kristal na pelikula. Ang ganitong mga pelikula ay sensitibo sa maliliit na pagbabago sa temperatura (pagbabago ng kulay). Samakatuwid, ang isang kulay na thermal "portrait" ng lugar ng katawan kung saan ito ay nakapatong ay lilitaw sa pelikula.

Ang isang mas advanced na paraan ay ang paggamit ng mga thermal imager na nagko-convert ng infrared radiation sa nakikitang liwanag. Ang radiation ng katawan ay inaasahang papunta sa matrix ng thermal imager gamit ang isang espesyal na lens. Pagkatapos ng conversion, isang detalyadong thermal portrait ang nabuo sa screen. Ang mga lugar na may iba't ibang temperatura ay naiiba sa kulay o intensity. Pinapayagan ng mga modernong pamamaraan ang pag-aayos ng pagkakaiba sa temperatura hanggang sa 0.2 degrees.

Ang mga thermal portrait ay ginagamit sa functional diagnostics. Ang iba't ibang mga pathology ng mga panloob na organo ay maaaring mabuo sa ibabaw ng mga zone ng balat na may nabagong temperatura. Ang pagtuklas ng naturang mga zone ay nagpapahiwatig ng pagkakaroon ng patolohiya. Pinapadali ng thermographic method ang differential diagnosis sa pagitan ng benign at malignant na mga tumor. Ang pamamaraang ito ay isang layunin na paraan ng pagsubaybay sa pagiging epektibo ng mga therapeutic na pamamaraan ng paggamot. Kaya, sa panahon ng isang thermographic na pagsusuri ng mga pasyente na may psoriasis, natagpuan na sa pagkakaroon ng matinding paglusot at hyperemia sa mga plake, ang pagtaas ng temperatura ay nabanggit. Ang pagbaba ng temperatura sa antas ng mga nakapaligid na lugar sa karamihan ng mga kaso ay nagpapahiwatig regression proseso sa balat.

Ang lagnat ay kadalasang tagapagpahiwatig ng impeksiyon. Upang matukoy ang temperatura ng isang tao, ito ay sapat na upang tumingin sa pamamagitan ng isang infrared na aparato sa kanyang mukha at leeg. Para sa mga malusog na tao, ang ratio ng temperatura ng noo sa temperatura ng carotid ay mula 0.98 hanggang 1.03. Maaaring gamitin ang ratio na ito sa mga express diagnostic sa panahon ng epidemya para sa mga hakbang sa kuwarentenas.

26.6. Phototherapy. Therapeutic na paggamit ng ultraviolet light

Ang infrared radiation, visible light at ultraviolet radiation ay malawakang ginagamit sa medisina. Alalahanin ang mga saklaw ng kanilang mga wavelength:

Phototherapy tinatawag na paggamit ng infrared at nakikitang radiation para sa mga layuning panterapeutika.

Ang pagtagos sa mga tisyu, ang mga infrared ray (pati na rin ang mga nakikita) sa lugar ng kanilang pagsipsip ay nagiging sanhi ng pagpapalabas ng init. Ang lalim ng pagtagos ng infrared at nakikitang mga sinag sa balat ay ipinapakita sa Fig. 26.7.

kanin. 26.7. Lalim ng pagpasok ng radiation sa balat

Sa medikal na kasanayan, ang mga espesyal na irradiator ay ginagamit bilang mga mapagkukunan ng infrared radiation (Larawan 26.8).

Minin lamp ay isang incandescent lamp na may reflector na naglo-localize ng radiation sa kinakailangang direksyon. Ang pinagmumulan ng radiation ay isang 20-60 W incandescent lamp na gawa sa walang kulay o asul na salamin.

Banayad na thermal bath ay isang semi-cylindrical na frame, na binubuo ng dalawang halves na konektado sa bawat isa. Sa panloob na ibabaw ng frame, nakaharap sa pasyente, ang mga lamp na maliwanag na maliwanag na may lakas na 40 W ay naayos. Sa gayong mga paliguan, ang biological na bagay ay apektado ng infrared at nakikitang radiation, pati na rin ang pinainit na hangin, na ang temperatura ay maaaring umabot sa 70°C.

Lamp Sollux ay isang malakas na lamp na maliwanag na maliwanag na inilagay sa isang espesyal na reflector sa isang tripod. Ang pinagmulan ng radiation ay isang incandescent lamp na may kapangyarihan na 500 W (tungsten filament temperature 2800°C, ang maximum na radiation ay bumaba sa wavelength na 2 μm).

kanin. 26.8. Mga irradiator: Minin lamp (a), light-thermal bath (b), Sollux lamp (c)

Therapeutic na paggamit ng ultraviolet light

Ang ultraviolet radiation na ginagamit para sa mga layuning medikal ay nahahati sa tatlong hanay:

Kapag ang ultraviolet radiation ay nasisipsip sa mga tisyu (sa balat), nangyayari ang iba't ibang photochemical at photobiological na reaksyon.

ginagamit bilang mga mapagkukunan ng radiation. mataas na presyon ng mga lamp(arc, mercury, tubular), fluorescent lamp, paglabas ng gas mga lamp na may mababang presyon isa sa mga varieties nito ay bactericidal lamp.

Isang radiation ay may erythemal at tanning effect. Ginagamit ito sa paggamot ng maraming mga dermatological na sakit. Ang ilang mga kemikal na compound ng furocoumarin series (halimbawa, psoralen) ay nagagawang gawing sensitize ang balat ng mga pasyenteng ito sa mahabang alon na ultraviolet radiation at pasiglahin ang pagbuo ng melanin pigment sa mga melanocytes. Ang pinagsamang paggamit ng mga gamot na ito na may A-radiation ay ang batayan ng isang paraan ng paggamot na tinatawag photochemotherapy o PUVA therapy(PUVA: P - psoralen; UVA - ultraviolet radiation zone A). Bahagi o lahat ng katawan ay nakalantad sa radiation.

B radiation ay may bitamina-forming, anti-rachitic effect.

C radiation ay may bactericidal effect. Sinisira ng pag-iilaw ang istruktura ng mga mikroorganismo at fungi. Ang C-radiation ay nilikha ng mga espesyal na bactericidal lamp (Larawan 26.9).

Ang ilang mga medikal na pamamaraan ay gumagamit ng C-radiation upang i-irradiate ang dugo.

Ultraviolet na gutom. Ang ultraviolet radiation ay kinakailangan para sa normal na pag-unlad at paggana ng katawan. Ang kakulangan nito ay humahantong sa isang bilang ng mga malubhang sakit. Ang mga residente ng matinding rehiyon ay nahaharap sa gutom sa ultraviolet

kanin. 26.9. Bactericidal irradiator (a), nasopharyngeal irradiator (b)

North, mga manggagawa sa industriya ng pagmimina, ang subway, mga residente ng malalaking lungsod. Sa mga lungsod, ang kakulangan ng ultraviolet radiation ay nauugnay sa polusyon ng hangin sa pamamagitan ng alikabok, usok, at mga gas na humaharang sa UV na bahagi ng solar spectrum. Ang mga bintana ng lugar ay hindi nagpapadala ng mga sinag ng UV na may wavelength na λ< 310 нм. Значительно снижают УФ-поток загрязненные стекла и занавеси (тюлевые занавески снижают УФ-излучение на 20 %). Поэтому на многих производствах и в быту наблюдается так называемая «биологическая полутьма». В первую очередь страдают дети (возрастает вероятность заболевания рахитом).

Ang mga panganib ng ultraviolet radiation

Exposure sa labis Ang mga dosis ng ultraviolet radiation sa katawan sa kabuuan at sa mga indibidwal na organo ay humahantong sa isang bilang ng mga pathologies. Una sa lahat, ito ay tumutukoy sa mga kahihinatnan ng hindi makontrol na sunbathing: pagkasunog, mga spot ng edad, pinsala sa mata - ang pagbuo ng photophthalmia. Ang epekto ng ultraviolet radiation sa mata ay katulad ng erythema, dahil nauugnay ito sa agnas ng mga protina sa mga selula ng kornea at mauhog na lamad ng mata. Ang mga buhay na selula ng balat ng tao ay protektado mula sa mapanirang pagkilos ng mga sinag ng UV na "patay-

mi" na mga selula ng stratum corneum ng balat. Ang mga mata ay pinagkaitan ng proteksyon na ito, samakatuwid, na may isang makabuluhang dosis ng pag-iilaw ng mata, ang pamamaga ng malibog (keratitis) at mauhog na lamad (conjunctivitis) ng mata ay bubuo pagkatapos ng isang nakatagong panahon. Ang epektong ito ay dahil sa mga sinag na may wavelength na mas mababa sa 310 nm. Ito ay kinakailangan upang protektahan ang mata mula sa gayong mga sinag. Ang espesyal na pansin ay dapat bayaran sa blastomogenic na epekto ng UV radiation, na humahantong sa pag-unlad ng kanser sa balat.

26.7. Pangunahing konsepto at pormula

Pagpapatuloy ng talahanayan

Katapusan ng mesa

26.8. Mga gawain

2. Tukuyin kung gaano karaming beses ang mga liwanag ng enerhiya ng mga lugar sa ibabaw ng katawan ng tao ay naiiba, na may mga temperatura na 34 at 33 ° C, ayon sa pagkakabanggit?

3. Kapag nag-diagnose ng isang tumor sa suso sa pamamagitan ng thermography, ang pasyente ay binibigyan ng solusyon ng glucose na maiinom. Pagkaraan ng ilang oras, ang thermal radiation ng ibabaw ng katawan ay naitala. Ang mga selula ng tisyu ng tumor ay masinsinang sumisipsip ng glucose, bilang isang resulta kung saan tumataas ang kanilang produksyon ng init. Sa ilang degrees nagbabago ang temperatura ng lugar ng balat sa itaas ng tumor kung ang radiation mula sa ibabaw ay tumaas ng 1% (1.01 beses)? Ang paunang temperatura ng bahagi ng katawan ay 37°C.

6. Gaano tumaas ang temperatura ng katawan ng tao kung tumaas ng 4% ang radiation flux mula sa ibabaw ng katawan? Ang paunang temperatura ng katawan ay 35°C.

7. Mayroong dalawang magkatulad na takure sa isang silid na naglalaman ng pantay na masa ng tubig sa 90°C. Ang isa ay nickel plated at ang isa naman ay itim. Aling takure ang pinakamabilis na magpapalamig? Bakit?

Solusyon

Ayon sa batas ni Kirchhoff, ang ratio ng paglabas at pagsipsip ng mga kakayahan ay pareho para sa lahat ng katawan. Ang nickel-plated teapot ay sumasalamin sa halos lahat ng liwanag. Samakatuwid, ang kapasidad ng pagsipsip nito ay maliit. Alinsunod dito, ang emissivity ay maliit din.

Sagot: mas mabilis lumalamig ang madilim na takure.

8. Para sa pagkasira ng mga peste, ang butil ay nakalantad sa infrared radiation. Bakit namamatay ang mga surot, ngunit ang butil ay hindi?

Sagot: mayroon ang mga bug itim kulay, samakatuwid ay masinsinang sumisipsip ng infrared radiation at namamatay.

9. Kapag nagpainit ng isang piraso ng bakal, mapapansin natin ang isang maliwanag na cherry-red heat sa temperatura na 800 ° C, ngunit ang isang transparent na baras ng fused quartz ay hindi kumikinang sa parehong temperatura. Bakit?

Solusyon

Tingnan ang problema 7. Ang isang transparent na katawan ay sumisipsip ng isang maliit na bahagi ng liwanag. Samakatuwid, ang emissivity nito ay maliit.

Sagot: ang isang transparent na katawan ay halos hindi nagliliwanag, kahit na ito ay malakas na pinainit.

10. Bakit maraming hayop ang natutulog na nakakulot sa malamig na panahon?

Sagot: sa kasong ito, ang bukas na ibabaw ng katawan ay bumababa at, nang naaayon, ang pagkalugi ng radiation ay bumababa.

Ang thermal radiation ng mga katawan ay tinatawag na electromagnetic radiation na nangyayari dahil sa bahaging iyon ng panloob na enerhiya ng katawan, na may kaugnayan sa thermal motion ng mga particle nito.

Ang mga pangunahing katangian ng thermal radiation ng mga katawan na pinainit sa isang temperatura T ay:

1. Enerhiya ningningR (T ) -ang dami ng enerhiya na ibinubuga sa bawat yunit ng oras sa bawat yunit ng ibabaw ng katawan, sa buong hanay ng mga wavelength. Depende sa temperatura, kalikasan at estado ng ibabaw ng katawan na nag-iilaw. Sa sistema ng SI R ( T ) ay may sukat [W/m 2].

2. Spectral density ng liwanag ng enerhiyar (  ,T) =dW/ d - ang dami ng enerhiya na ibinubuga ng isang yunit ng ibabaw ng katawan sa bawat yunit ng oras sa pagitan ng isang yunit ng wavelength (malapit sa itinuturing na wavelength ). Yung. ang dami na ito ay katumbas ng numero sa ratio ng enerhiya dW ibinubuga sa bawat unit area bawat yunit ng oras sa isang makitid na hanay ng mga wavelength mula sa  dati  +d , sa lapad ng agwat na ito. Depende ito sa temperatura ng katawan, sa haba ng daluyong, at gayundin sa kalikasan at estado ng ibabaw ng katawan na nag-iilaw. Sa sistema ng SI r( , T) ay may sukat [W/m 3].

Liwanag ng enerhiya R(T) nauugnay sa spectral density ng liwanag ng enerhiya r( , T) sa sumusunod na paraan:

(1) [W/m2]

3. Ang lahat ng mga katawan ay hindi lamang nagliliwanag, ngunit sumisipsip din ng mga electromagnetic wave na insidente sa kanilang ibabaw. Upang matukoy ang kapasidad ng pagsipsip ng mga katawan na may kaugnayan sa mga electromagnetic wave ng isang tiyak na haba ng daluyong, ipinakilala ang konsepto monochromatic absorption coefficient-ang ratio ng enerhiya ng isang monochromatic wave na hinihigop ng ibabaw ng katawan sa enerhiya ng isang insidente na monochromatic wave:

Ang monochromatic absorption coefficient ay isang walang sukat na dami na nakadepende sa temperatura at wavelength. Ipinapakita nito kung anong bahagi ng enerhiya ng insidente na monochromatic wave ang hinihigop ng ibabaw ng katawan. Halaga  ( , T) maaaring tumagal ng mga halaga mula 0 hanggang 1.

Ang radiation sa isang adiabatically closed system (hindi nakikipagpalitan ng init sa kapaligiran) ay tinatawag na equilibrium. Kung ang isang maliit na butas ay nilikha sa dingding ng lukab, ang estado ng balanse ay bahagyang magbabago, at ang radiation na umaalis sa lukab ay tumutugma sa radiation ng balanse.

Kung ang isang sinag ay nakadirekta sa naturang butas, pagkatapos pagkatapos ng paulit-ulit na pagmuni-muni at pagsipsip sa mga dingding ng lukab, hindi na ito makakabalik. Nangangahulugan ito na para sa naturang butas, ang absorption coefficient ( , T) = 1.

Ang itinuturing na saradong lukab na may maliit na butas ay nagsisilbing isa sa mga modelo ganap na itim na katawan.

Itim na itim ang katawantinatawag ang isang katawan na sumisipsip ng lahat ng insidente ng radiation dito, anuman ang direksyon ng radiation ng insidente, ang spectral na komposisyon at polarisasyon nito (nang walang sumasalamin o nagpapadala ng anuman).

Para sa isang blackbody, ang spectral density ng liwanag ng enerhiya ay ilang unibersal na function ng wavelength at temperatura f( , T) at hindi nakasalalay sa kalikasan nito.

Ang lahat ng mga katawan sa kalikasan ay bahagyang sumasalamin sa insidente ng radiation sa kanilang ibabaw at samakatuwid ay hindi nabibilang sa ganap na itim na mga katawan. Kung ang monochromatic absorption coefficient ng isang katawan ay pareho para sa lahat ng wavelength at mas kauntimga yunit(( , T) = Т = const<1),kung gayon ang gayong katawan ay tinatawag kulay-abo. Ang koepisyent ng monochromatic absorption ng isang kulay-abo na katawan ay nakasalalay lamang sa temperatura ng katawan, kalikasan nito at estado ng ibabaw nito.

Ipinakita ni Kirchhoff na para sa lahat ng mga katawan, anuman ang kanilang kalikasan, ang ratio ng spectral density ng liwanag ng enerhiya sa monochromatic absorption coefficient ay ang parehong unibersal na function ng wavelength at temperatura. f( , T) , na kung saan ay ang parang multo density ng liwanag ng enerhiya ng isang itim na katawan :

Ang equation (3) ay ang batas ni Kirchhoff.

Batas ni Kirchhoff ay maaaring formulated tulad nito: para sa lahat ng katawan ng system na nasa thermodynamic equilibrium, ang ratio ng spectral density ng liwanag ng enerhiya sa coefficient Ang monochromatic absorption ay hindi nakasalalay sa likas na katangian ng katawan, ay pareho ang pag-andar para sa lahat ng mga katawan, depende sa wavelength at temperatura T.

Mula sa nabanggit at pormula (3) ay malinaw na sa isang naibigay na temperatura, ang mga kulay abong katawan na iyon na may malaking koepisyent ng pagsipsip ay nagniningning nang mas malakas, at ang mga ganap na itim na katawan ay nagniningning nang mas malakas. Dahil para sa isang ganap na itim na katawan(  , T)=1, pagkatapos ay ipinahihiwatig ng formula (3) na ang universal function f( , T) ay ang spectral density ng liwanag ng enerhiya ng isang itim na katawan