Тепловое излучение. Абсолютно черное тело. Закон Кирхгофа для теплового излучения. Энергия и спектр излучения

 

      Показание  прибора, подсоединенного к болометру  или термоэлементу, оказывается  пропорциональным энергии излучения,  попавшей на приемник пирометра.  Проградуировав предварительно  пирометр по излучению эталона  абсолютно черного тела при  различных температурах, можно по  шкале прибора измерять радиационные  температуры различных нагретых  тел.

 

      Зная интегральную  поглощательную способность материала  излучателя, можно перевести измеренную  радиационную температуру излучателя  в его истинную температуру по формуле

 

     

.

 

     В частности, если радиационный пирометр покажет температуру  К при наблюдении раскаленной поверхности вольфрамового излучателя ( ), то ее истинная температура К.

 

     Закон смещения Вина. В 1893 г. немецкий физик В.Вин теоретически рассмотрел термодинамический процесс сжатия излучения, заключенного в полости с идеально зеркальными стенками. С учетом изменения частоты излучения за счет эффекта Допплера при отражении от движущегося зеркала Вин пришел к выводу, что испускательная способность абсолютно черного тела должна иметь вид

 

     

 

     Здесь - некоторая функция, конкретный вид которой термодинамическими методами установить нельзя.

 

      Переходя  в этой формуле Вина от частоты  к длине волны, в соответствии  с правилом перехода (1.3), получим

 

     

 

      Как видно,  в выражение для испускательной способности температура входит лишь в виде произведения . Уже это обстоятельство позволяет предсказать некоторые особенности функции . В частности, эта функция достигает максимума на определенной длине волны , которая при изменении температуры тела изменяется так, чтобы выполнялось условие: .

 

      Таким образом,  В.Вин сформулировал закон теплового  излучения, согласно которому  длина волны , на которую приходится максимум испускательной способности абсолютно черного тела, обратно пропорциональна его абсолютной температуре. Этот закон можно записать в виде

 

     

 

     Значение константы  в этом законе, полученное из экспериментов, оказалось равным м(К.

 

      Закон Вина  называют законом смещения, подчеркивая  тем самым, что при повышении  температуры абсолютно черного  тела положение максимума его  испускательной способности смещается в область коротких длин волн. Результаты экспериментов, приведенные на рис. 1.3, подтверждают этот вывод не только качественно, но и количественно, строго в соответствии с формулой (1.8).

 

      Для реальных  тел закон Вина выполняется  лишь качественно. С ростом  температуры любого тела длина  волны, вблизи которой тело  излучает больше всего энергии,  также смещается в сторону  коротких длин волн. Это смещение, однако, уже не описывается простой  формулой (1.8), которую для излучения реальных тел можно использовать только в качестве оценочной.

Эффект  Зеемана.

В 1896 году нидерландским физиком Зееманом был открыт эффект расщепления линий спектра в сильном магнитном поле, связанное с расщепление энергетических уровней в атомах. Электроны, имеющие разные спины, но находящиеся на одной атомной оболочке, в сильном магнитном будут иметь немного отличающуюся энергию и при переходе с уровня на уровень будут пользоваться квантами различной частоты, что и выражается в том, что линии поглощения в спектре раздваиваются. Расстояние между компонентами расщепленных линий пропорционально напряженности магнитного поля. С помощью этого эффекта теперь стало возможно «измерять» космические магнитные поля. Похожий эффект (он называется эффектом Штарка) наблюдается в электрическом поле. Он проявляется, когда в звезде кратковременно возникает сильное электрическое поле.

Спектр АЧТ  зависит только от температуры.