Справочное руководство по физике для поступающих в вузы и для самообразования - Яворский Б.М.
Скачать (прямая ссылка):
3°. Явления дисперсии света, так же как и явления интерференции и дифракции в немонохроматическом свете, доказывают, что монохроматическая электромагнитная волна с определенной частотой (или длиной волны в вакууме),
принадлежащая к диапазону видимых световых волн (IV.4.1.Г), создает в глазу с помощью колбочек (V.l.7.3°) восприятие определенного света. Строго монохроматический свет принципиально существовать не может. Это связано с процессами испускания света.
Глава 3
ИЗЛУЧЕНИЕ И СПЕКТРЫ
3.1. Тепловое излучение. Абсолютно черное тело
1°. Все тела излучают электромагнитные волны (IV.4.4.10) за счет преобразования энергии 'хаотического, теплового движения частиц тела в энергию излучения. Тепловым (температурным) равновесным излучением называются электромагнитные волны, которые излучаются телом — источником теплового излучения,— находящимся в состоянии термодинамического равновесия (11.3.1.3°). Тепловое равновесное излучение создается источником при постоянной его температуре. Равновесное тепловое излучение осуществляется, если источник этого излучения S находится внутри замкнутой полости а с непрозрачными стенками, температура которых равна температуре источника (рис. V.3.1). Интенсивность электромагнитных волн
'Л Лун белого с8ета
Рис. V.2.I9
3.1. тепловое излучение. абсолютно черное тело 379
(IV.4.3.2°), испускаемых источником, будет равна энергии, которая поглощается стенками полости за единицу времени (п. 3°). Между полем излучения (IV.4.4.Г) и стенками будет существовать термодинамическое равновесие. Источником равновесного теплового излучения является Солнце, у которого постоянная температура поддерживается выделением энергии при термоядерных реакциях (V1.4.15.1 °).
Тепловое неравновесное излучение происходит, когда источник излучения нагревают. Например, в лампах накаливания в энергию электромагнитных волн преобразуется малая часть тепла, выделяющегося при пропускании электрического тока (111.2.7.4°).
2°. Лучеиспускательной способностью тела EV,T называется физическая величина, численно равная энергии теплового излучения данной частоты v, которая испускается при температуре T единицей площади поверхности тела за единицу времени. Лучеиспускательная способность тела EVtT показывает, какую долю составляет тепловое излучение данной частоты v в общем тепловом излучении источника. Помимо частоты v и температуры Т, величина Ex т зависит от материала тела и состояния его поверхности.
3°. Поглощательной способностью тела AVtT называется физическая величина, которая показывает, какая часть энергии электромагнитной волны данной частоты v, падающей за единицу времени на единицу площади поверхности тела, поглощается этим телом. Кроме частоты v и термодинамической температуры, AViT зависит от материала тела и состояния его поверхности.
4°. Абсолютно черным называется такое тело, которое при любой температуре, независимо от материала тела и состояния его поверхности, полностью поглощает электромагнитные волны любых частот v, т. е. все лучи, падающие на тело: Л^гчерн =1. К абсолютно черному телу по своим свойствам близки: сажа, черный бархат, платиновая чернь. По своим оптическим свойствам Солнце близко к абсолютно черному телу.
Моделью абсолютно черного тела является небольшое отверстие О в непрозрачной стенке ящика В (рис. V.3.2). Луч, попавший через отверстие внутрь ящика, после много-
880
ОТДЕЛ V. ГЛ. 3. ИЗЛУЧЕНИЕ И СПЕКТРЫ
кратных отражений от внутренних стенок практически полностью поглощается, независимо от материала стенок,— отверстие в стенке кажется черным.
5°. Закон Кирхгофа для теплового излучения: для произвольных частоты у и температуры T отношение лучеиспускательной способности EViT любого непрозрачного тела к его поглощательной способности AViT одинаково. Оно равно лучеиспускательной способности eViT абсолютно черного тела:
А
V, г
= Ev1 Г-
Рис. V.3.2
Значение eVT зависит только от частоты и температуры абсолютно черного тела. Из закона Кирхгофа вытекает прямая пропорциональность между EvT и Ay1 Л для любого непрозрачного тела. Если при данной температуре T тело не поглощает некоторой частоты v, то оно не может и испускать равновесного излучения этой же частоты (при AViT =0 и ?v,r =0).
Значение закона Кирхгофа состоит в том, что он позволяет по известной для данного тела величине AViT выразить лучеиспускательную способность EVtT любого непрозрачного тела через лучеиспускательную способность ev>r аб-солютно^ черного тела.
3.2. Распределение энергии
в спектре абсолютно черного тела
1°. Абсолютно черное тело состоит из громадного количества атомов; каждый из них по своим свойствам излучать электромагнитные волны подобен миниатюрному вибратору—диполю (IV.4.4.5°—7°). Каждый атом-вибратор колеблется со многими частотами и излучает энергию соответствующих частот. Поэтому абсолютно черное тело излучает электромагнитные волны всевозможных частот. Зависимость лучеиспускательной способности ev>r абсолютно черного тела от частоты v излучения при постоянной температуре T называется кривой распределения энергии в спектре абсолютно черного тела. Эта зависимость ev>r =/(v) имеет характер непрерывной кривой. Кривая, полученная опытным путем, изображена на рис. V.3.3 сплошной линией.
