Как зависит излучение от температуры

« Тепловое излучение »

Тепловое излучение, его особенности, виды и характеристика.

Тепловое излучение – это электромагнитное излучение, испускаемое веществом и возбуждаемое за счёт его внутренней энергии. Всякое другое излучение, возбуждаемое не нагреванием, а каким-либо другим способом (электрическим разрядом, химической реакцией, рентгеновскми лучами и т. п.) не является тепловым. Для получения теплового излучения тепло нагревается до опрещлённой температуры и выделение тепла происходит чаще всего в инфракрасной (ИК) области спектра излучения. Поэтому тепловое излучение называют температурным. По международным стандартам тепловое излучение делится не 3 группы: 1 группа – ИК (область А) – =780÷1400 [нм] 2 группа – ИК (область В) – =1400÷3000 [нм] 3 группа – ИК (область С) – =3000÷10 6 [нм] Особенности теплового излучения.

1. Тепловое излучение – универсальное явление, присущее все телам и происходящее при любой температуре, отличной от абсолютного нуля температур:

(t о _абс= –273 0 С T_абс= 0 0 К) 2. Инертность теплового излучения и его спектральный состав зависят от температуры и природы тел. Поэтому такое излучение не всегда воспринимается глазом как свечение. Чаще всего оно расположено в ИК – области, но при очень высоких температурах заходит и в ультрафиолетовую область. 3. Тепловое излучение является равновесным, т.е. в изолированной системе при T= const тело излучает за единицу времени с единицы площади столько же энергии, сколько и получает её извне. 4. Наряду с тепловым излучением все тела обладают способностью поглощать тепловую энергию извне. Основные характеристики теплового излученияи поглощенияЛучистая энергия “W”(энергия излучения) Ф= Лучистый поток = Вт (поток излучения) Это энергия излучения, переносимая за единицу времени или мощность излучения. == Излучательная способность Вт (энергетическая светимость) м 2 Это энергия электромагнитного излучения по всевозможным направлениям с единицы площади при данной температуре. Эта величина зависит от природы тела; состояния поверхности излучаемого тела; термодинамической температуры “T”; от длинны волны излучения “ ”. Поэтому различают полную (интегральную) излучательную способность и спектральную излучательную способность. а) Интегральная – определяется энергией излучения во всём диапазоне длин волн от “ ”, до“₂ ”. R_т= Вт м 2 б) Спектральная – определяется энергией излучения в единичном интервале длин волн от “”до “d ”. Зависит от длины волны (), так и от температуры (T) “dR_T(;d)” – поток в спектральном интервале от “” до “d”. “dλ” – ширина спектрального интервала Связь между интегральной и спектральной излучательными способностями выражается формулой: R_T=r_λ;T· d= Поглощательная способность (коэффициент поглощения) Это отношение потока излучения, поглощённого данным телом к потоку излучения, упавшего на него при данной температуре.

24.03.2016 65.02 Кб 178 2.08.РЕНТГЕНОВСКОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ.ЛФ.doc

24.03.2016 38.4 Кб 91 2.09.ИОНИЗИРУЮЩЕЕ ИЗЛУЧЕНИЕ.ЛФ (60,61).doc

24.03.2016 117.76 Кб 188 2.1.9.Фотоэффект.НИБ.doc

14.03.2015 92.16 Кб 345 2.10.ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ.doc

24.03.2016 74.75 Кб 87 2.10.Микроскоп.НИБ.doc

14.03.2015 701.95 Кб 276 2.11.ТЕРМОИЗЛУЧЕНИЕ.doc

24.03.2016 208.38 Кб 116 2.11.УФИ.ЛФ.doc

24.03.2016 37.89 Кб 157 2.12.ТЕПЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ.ЛФ.doc

24.03.2016 172.03 Кб 85 2.12.Фотоэффект.ПФ.doc

24.03.2016 123.9 Кб 210 2.13.ЯДЕРНАЯ-ФИЗИКА.doc

14.03.2015 151.04 Кб 183 2.14.15.ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА.doc

Ограничение

Для продолжения скачивания необходимо пройти капчу:

ГДЗ по физике 8 класс учебник Белага, Ломаченков, Панебратцев §6. Излучение

Теплопроводность — это процесс передачи тепла через вещество путем колебаний молекул и атомов без их перемещения. Вещества с высокой теплопроводностью могут быстро передавать тепло, в то время как вещества с низкой теплопроводностью передают его медленно.

Что такое конвекция?

Конвекция — это процесс передачи тепла через движение жидкости или газа. Вещество нагревается, становясь менее плотным и поднимаясь, а затем охлаждается, становясь плотнее и опускаясь. Это создает циркуляцию и передачу тепла.

В чём заключается принципиальное отличие излучения от других видов теплопередачи?

Принципиальное отличие излучения от других видов теплопередачи заключается в том, что излучение не требует наличия среды для передачи тепла. Он может передаваться через вакуум, в отличие от кондукции и конвекции, которые требуют материальную среду. Излучение — это электромагнитные волны, которые излучаются всеми объектами, обладающими температурой выше абсолютного нуля.

Как зависит излучение от температуры тела?

Излучение зависит от температуры тела по закону Стефана-Больцмана. Этот закон утверждает, что количество излучаемой энергии пропорционально четвертой степени температуры в Кельвинах. С увеличением температуры тела, количество излучаемой энергии также увеличивается значительно.

Как зависит поглощение энергии излучения от цвета поверхности тела?

Поглощение энергии излучения зависит от цвета поверхности тела. Тела разных цветов поглощают разные части спектра излучения. Тела, окрашенные в черный цвет, поглощают больше излучения, тогда как тела, окрашенные в белый цвет, поглощают меньше и отражают больше излучения. Это связано с абсорбцией различных длин волн света материалами разных цветов.

11)Тепловое излучение. Как изменяется спектр нагреваемого тела при увеличении его температуры.

Эксперименты показывают, что тепловое излучение имеет непрерывный спектр. Это означает, что нагретое тело испускает некоторое количество энергии излучения в любом диапазоне частот или длин волн. Распределение энергии излучения тела по спектру зависит от температуры тела. При этом для всех тел с увеличением температуры максимум энергии излучения смещается в коротковолновый участок спектра, а общая энергия излучения возрастает.

12)Как исследовать распределение энергии по длинам волн.

Спектральные приборы, приборы для исследования спектрального состава по длинам волн электромагнитных излучений в оптическом диапазоне (10-3-103 мкм; см. Спектры оптические), нахождения спектральных характеристик излучателей и объектов, взаимодействовавших с излучением, а также для спектрального анализа. С. п. различаются методами спектрометрии, приёмниками излучения, исследуемым (рабочим) диапазоном длин волн и др. характеристиками.

13)Зависимость спектральной излучательной способности от длины волны. Что такое тепловидение? Объекты контроля тепловидением.

Всякое, даже слабо нагретое тело излучает электромагнитные волны (тепловое излучение). Однако при низких температурах, не превышающих 1000К, излучаются главным образом инфракрасные лучи и радиоволны. По мере дальнейшего нагревания спектр теплового излучения меняется: во-первых, увеличивается общее количество излучаемой энергии, во-вторых, появляются лучи все более и более коротких длин волн — видимые (от красных до фиолетовых), ультрафиолетовые, рентгеновские и т.д. При каждом данном значении температуры нагретое тело излучает сильнее всего в некоторой области спектра, определяющей видимый цвет объекта.

Тепловой контроль основан на измерении, мониторинге и анализе температуры контролируемых объектов. Основным условием применения теплового контроля является наличие в контролируемом объекте тепловых потоков. Процесс передачи тепловой энергии, выделение или поглощение тепла в объекте приводит к тому, что его температура изменяется относительно окружающей среды. Распределение температуры по поверхности объекта является основным параметром в тепловом методе, так как несет информацию об особенностях процесса теплопередачи, режиме работы объекта, его внутренней структуре и наличии скрытых внутренних дефектов. Тепловые потоки в контролируемом объекте могут возникать по различным причинам.

Тепловизионная техническая диагностика с использованием пассивного метода получила широкое распространение в энергетике, строительстве и промышленности.

14)Дифракционная решетка, что с ее помощью измеряется. Болометр,как он устроен.

Дифракционная решётка — оптический прибор, работающий по принципу дифракции света, представляет собой совокупность большого числа регулярно расположенных штрихов (щелей, выступов), нанесённых на некоторую поверхность.

Дифракционную решётку применяют в спектральных приборах, также в качестве оптических датчиков линейных и угловых перемещений (измерительные дифракционные решётки), поляризаторов и фильтров инфракрасного излучения, делителей пучков в интерферометрах и так называемых «антибликовых» очках.

Боло́метр— прибор для измерения энергии излучения.

Основной компонент болометра — очень тонкая пластинка (например, из платины или другого проводящего материала), зачернённая для лучшего поглощения излучения. Из-за своей малой толщины пластинка под действием излучения быстро нагревается и её сопротивление повышается. Для измерения малых отклонений сопротивления пластинки её включают в мостовую схему, которую балансируют в отсутствие засветки.

13.Петля гистерезиса — кривая, изображающая ход зависимости намагничивания от напряженности внешнего поля. Чем больше площадь петли, тем большую работу на перемагничивание надо затратить.

В сердечнике любого электромагнита после выключения тока всегда сохраняется часть магнитных свойств, называемая остаточным магнетизмом. Величина остаточного магнетизма зависит от свойств материала сердечника и достигает большего значения у закаленной стали и меньшего у мягкого железа.

Однако, как бы ни было мягко железо, остаточный магнетизм все же будет оказывать известное влияние в том случае, если по условиям работы прибора необходимо перемагничивание его сердечника, т. е. размагничивание до нуля и намагничивание в противоположном направлении.

Действительно, при всяком изменении направления тока в обмотке электромагнита необходимо (благодаря наличию в сердечнике остаточного магнетизма) сначала размагнитить сердечник, и только после этого он может быть намагничен в новом направлении. Для этого потребуется какой-то магнитный поток противоположного направления.

Иначе говоря, изменение намагничивания сердечника (магнитной индукции) всегда отстает от соответствующих изменений магнитного потока (напряженности магнитного поля), создаваемого обмоткой.

Это отставание магнитной индукции от напряженности магнитного поля носит название гистерезиса. При каждом новом намагничивании сердечника для уничтожения его остаточного магнетизма приходится действовать на сердечник магнитным потоком противоположного направления.

Практически это будет означать затрату какой-то части электрической энергии на преодоление коэрцитивной силы, затрудняющей поворот молекулярных магнитиков в новое положение. Затраченная на это энергия выделяется в железе в виде тепла и представляет потери на перемагничивание, или, как говорят, потери на гистерезис.

Исходя из сказанного, железо, подверженное в том или ином приборе непрерывному перемагничиванию (сердечники якорей генераторов и электродвигателей, сердечники трансформаторов), должно выбираться всегда мягкое, с очень небольшой коэрцитивной силой. Это дает возможность уменьшить потери на гистерезис и тем самым повыситькоэффициент полезного действия электрической машины или прибора.

Шумы Баркгаузена

Если на стальную проволочку намотать катушку из медной проволочки и подсоединить к усилителю с источником звука (динамик), то при приближении магнита к катушке со стальной проволочкой будут слышны характерные шумы, которые называются шумами Баркгаузена. Возникает такое впечатление, что стальная проволочка – это банка с горохом, которую внешнее магнитное поле переворачивает. И возникает характерный звук перекатывающихся горошин.

Причиной является изменение доменной структуры стальной проволочки. Когда домены изменяют свое положение в стальной проволочке, то за счет электромагнитной индукции наводят в катушке эдс индукции, вследствие чего сигнал с катушки усиливается и подается на динамик.

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

У этого термина существуют и другие значения, см. Сила (значения).

Коэрцитивная сила — такое размагничивающее внешнее магнитное поле напряженностью , которое необходимо приложить к ферромагнетику, предварительно намагниченномудо насыщения, чтобы довести до нуля его намагниченность или индукцию магнитного поля внутри.

Fig. 2. Семейство петель гистерезиса в координатах H-B (Напряженность магнитного поля—Магнитная индукция) для(анизотропной?текстурированной) (grain-oriented) электротехнической стали при синусоидальном изменении полей со временем с амплитудами от 0.3 T to 1.7 T. B_Rобозначена остаточная намагниченность, H_C —коэрцитивное поле.

Соответственно рассматривают коэрцитивную силу , полученную по циклу , или по циклу . Обозначают соответственно и

Коэрцитивная сила всегда больше . Этот факт объясняется тем, что в правой полуплоскости графика гистерезиса значение больше, чем , на величину :

В левой полуплоскости, наоборот, меньше, чем , на величину . Соответственно, в первом случае кривые будут располагаться выше кривых , а во втором — ниже. Это делает цикл гистерезиса уже цикла .

Коэрцитивная сила, как сильно структурно-чувствительная характеристика, часто используется для анализа структурных и фазовых превращений в магнитных материалах, для изучениядефектов кристаллической решётки, образующихся при тех или иных воздействиях на металл (пластическая деформация, облучение и др.)

Оста́точная намагни́ченность — намагниченность, которую имеет ферромагнитный материал при напряжённости внешнего магнитного поля, равной нулю. В уравнениях обозначается как . В технике часто считается, что намагниченность M это синоним для остаточной магнитной индукции B (они отличаются на магнитную постоянную , ), поэтому остаточная намагниченность часто обозначается как (см. рисунок).

Величина остаточной намагниченности определяется точкой пересечения петли гистерезиса с осью магнитной индукции ферромагнетика. [1]

Остаточная намагниченность используется:

• в геологии (палеомагнитное датирование)
• в вычислительной технике (хранение и восстановление данных, см. остаточная информация)
• в физике (магнетизм).

Значение остаточной намагниченности один из важнейших параметров, характеризующих постоянные магниты. К примеру, неодимовый магнит имеет остаточную намагниченность примерно 1.3 тесла.

ОСТАТОЧНАЯ НАМАГНИЧЕННОСТЬ — свойство некоторых ферромагнитных тел сохранять магнитную поляризацию после исчезновения намагничивающего поля благодаря коэрцитивной силе. Количественно О.н. характеризуется значением остаточной магнитной индукции, и представляет собой намагниченность, которую имеет ферромагнитный материал при напряженности внешнего поля, равной нулю.

Для различных устройств иногда требуются небольшие искусственные магниты. Такие магниты можно получить при помощи простого намагничивающего устройства (рис. 5.3).

Рис. 5.3. Принципиальная схема намагничивающего устройства с питанием от сети 220 В

Устройство намагничивания состоит из катушки-соленоида, предохранителя, кнопки от звонка и шнура со штепселем для подключения в электрическую сеть. Наиболее важной его частью является катушка. Каркас катушки представляет собой прямоугольный параллелепипед небольшой высоты. Его изготовляют из двух пластинок размером 90×70 мм, вырезанных из тонкой фанеры толщиной 1 мм и двух брусочков сечением 10×10 мм, вырезанных из сухого дерева. При отсутствии 1 мм фанеры, пластинки можно вырезать из листового текстолита, прессшпана или плотного, но не очень толстого картона. Пластинки и брусочки скрепляют между собой маленькими гвоздиками или столярным клеем. К основанию получившегося прямоугольного каркаса приклеивают два бруска сечением 10×10 мм, на которые будет опираться катушка при ее установке на панели (рис. 5.4). Каркас обматывают двумя слоями лакоткани или парафинированной бумаги и наматывают обмотку будущей катушки. Намотка катушки производится медным проводом, покрытым эмалью, и шелковой изоляцией диаметром 0,35. 0,55 мм марки ПЭЛШО. Провод наматывается в несколько слоев, плотно виток к витку. Между слоями прокладывают тонкую парафинированную или папиросную бумагу. Сверху обмотку покрывают несколькими слоями парафинированной бумаги или лакоткани. При питании устройства от сети напряжением 127 В необходимо намотать 200 витков провода, а при 220 В — 350 витков.

Предохранитель устройства представляет собой две вертикальные полоски-держатели из латуни или меди, находящиеся друг от друга на расстоянии 40 мм и прикрепленные к небольшому основанию из пластмассы или фанеры. Между держателями натягивается кусочек медной проволоки 00,05 мм, концы которой наматывают на оба держателя. Можно сделать иначе: в держателях сделать небольшие прорези и в них вставлять концы проволочки. Предохранитель во время работы необходимо закрывать небольшой коробочкой, сделанной из пластмассы. После этого вырезают из органического стекла или текстолита панель будущего устройства и крепят на ней катушку-соленоид, предохранитель, кнопку и концы сетевого шнура. Дерево для панели использовать нельзя.

Рис. 5.4. Общий вид прибора для намагничивания деталей

Укрепив детали на панели, производят электрический монтаж устройства, согласно схеме рис. 5.3. Монтаж осуществляют проводом в надежной резиновой и хлопчатобумажной изоляции. Теперь, чтобы намагнитить железную или стальную деталь, необходимо вначале натянуть кусочек проволоки диаметром 0,05 мм на держатели предохранителя и закрыть пластмассовой коробочкой. После этого кладут во внутрь катушки деталь, которую нужно намагнитить и включают штепсель электрического шнура в сеть. Если теперь нажать на кнопку и придержать ее чуть-чуть, то сразу через катушку пойдет электрический ток и пластинка намагнитится. В связи с тем, что сопротивление катушки мало, в цепи устройства произойдет резкий рост тока и проволочка предохранителя сгорит. Для намагничивания следующей детали нужно вынуть штепсель шнура из сети и вставить новую проволочку предохранителя. Дальнейшие операции намагничивания производят так, как было описано выше.

Для получения магнитов с большой магнитной силой следует собрать устройство по схеме, приведенной на рис. 5.5. Устройство работает следующим образом. После включения питания выключателем SA1, начинается заряд конденсатора С1 через цепочку VD2, R5, R6, VD1. Как только конденсатор зарядится, а это произойдет через 15. 20 с, то загорится индикатор HL1 «Готов», сигнализирующий о том, что напряжение на конденсаторе С1 достигло рабочей величины (120 В). Если теперь нажать на кнопку SB1 «Разряд», то откроется тиристор VS1 и через него и катушку-соленоид произойдет разряд конденсатора С1. Импульс тока, прошедший через катушку L1, создаст магнитное поле, которое и намагнитит заготовку из магнитного материала, находящуюся внутри соленоида.

Катушка K1 может иметь различную форму и число витков, а такжe может быть снабжена сердечником определенной конфигурации из ферромагнитного материала. Например, для намагничивания кольцевых магнитов катушка L1 должна содержать 20 витков провода МГШВ-0,35, намотанных на сердечнике из электротехнической стали. В такой конструкции соленоида заготовки из сплава ЮНД4 намагничиваются до уровня 30. 50 мТл.

Подбирая опытным путем значения конденсатора С1 и резистора R3, можно получить другие уровни остаточной индукции. Например, увеличения намагниченности можно добиться увеличением емкости конденсатора С1 и сопротивления резистора R3. Установку требуемой степени намагниченности детали можно сделать ступенчатой, например, выбирать переключателем конденсаторы необходимой емкости и резисторы определенного сопротивления.

Налаживание устройства заключается в подборе максимально возможного сопротивления резистора R1, при котором надежно открывается тиристор VS1 после зажигания индикатора «Готов» и нажатия, а также последующего отпускания кнопки «Разряд».

Для определения намагниченности детали можно собрать несложное устройство всего на трех широкораспространенных транзисторах согласно рис. 5.6. В основе его работы лежит открытие, сделанное английским физиком М. Фарадеем еще в далеком 1831 году. Если вблизи катушки индуктивности, лучше всего со стальным сердечником, перемещать постоянный магнит, то на выводах катушки появится ЭДС, величина которой зависит от напряженности магнитного поля и числа витков катушки.

Теперь если этот сигнал подать на вход усилителя звуковой частоты, а на выходе усилителя включить индикатор, например, миниатюрную лампочку накаливания, то она засветится. Это и будет означать, что вблизи катушки находился намагниченный предмет. Схема индикатора намагниченности приведена на рис. 5.6. В устройстве катушка индуктивности является своеобразным датчиком намагниченности, который через конденсатор С1 подключен к усилительному каскаду на транзисторе VT1. Режим работы каскада по постоянному току задается резисторами R1 и R2. В зависимости от параметров транзистора, его статического коэффициента передачи и обратного тока коллектора, оптимальный режим работы устанавливается переменным резистором R1.

В эмиттерную цепь транзистора первого каскада включен составной транзистор VT2, VT3 из транзисторов разной структуры. Нагрузкой составного транзистора служит сигнальная лампа EL1. Для ограничения тока, проходящего через лампочку в цепь базы транзистора VT2, включен резистор R3.

Если вблизи катушки нет намагниченного предмета, то свечения лампы не видно. Но как только вблизи сердечника катушки появится намагниченный предмет, сигнальная лампа на мгновение вспыхнет. Чем больше предмет и сильнее его намагниченность, тем ярче вспышка лампы.

В качестве датчика лучше всего взять катушку с сердечником от электромагнитных реле PСМ, РЭС6, РЭС9 или других, сопротивлением обмотки не менее 200 Ом. Заметим, что чем больше сопротивление обмотки, тем более чувствительным будет индикатор. Неплохие результаты получаются с самодельным датчиком. Для его изготовления берется отрезок стержня диаметром 8 и длиной 25 мм из феррита 600НН (от магнитной антенны карманных приемников). На стержень, на длине примерно 16 мм, наматывают внавал 300 витков провода ПЭВ-1 0,25. 0,3, размещая их равномерно по всей поверхности. Сопротивление обмотки такого датчика примерно 5 Ом. Чувствительность датчика, необходимая для работы прибора, обеспечивается благодаря высокой магнитной проницаемости сердечника. Чувствительность зависит также от статического коэффициента передачи тока транзисторов, поэтому желательно использовать транзисторы с возможно большим значением этого параметра. Кроме того, транзистор VT1 должен быть с небольшим обратным током коллектора. Вместо МП103А можно применить транзисторы КТ315 с любым буквенным индексом, а вместо МП25Б — другие транзисторы серий МП25, МП26, обладающие коэффициентом передачи не менее 40.

Конденсатор С1 может быть любого типа, например, К50-3, К50-6, К50-12. Постоянные резисторы — МЛТ-0,25, переменный — СП-1. Сигнальная лампа — на напряжение 3,5 В и возможно меньший ток, например, 0,15 А. Батарея питания — 3 элемента типа 316, выключатель — любой конструкции.

Детали индикатора лучше всего смонтировать на небольшой печатной плате из фольгированного гетинакса толщиной 0,8. 1 мм. Плату помещают в пластмассовую коробочку определенных размеров. На большей ее стороне устанавливают сигнальную лампочку, переменный резистор и выключатель, а на меньшей — катушку с сердечником таким образом, чтобы из отверстия стенки немного выступал наружу конец сердечника.

Во время работы индикатора переменным резистором вначале устанавливают небольшую яркость свечения лампы, а только потом подносят к сердечнику датчика испытываемый предмет. При проверке слабо намагниченных предметов яркость сигнальной лампы немного увеличивают, чтобы лучше заметить изменение ее свечения

Рис. 5.5. Принципиальная электрическая схема намагничивания магнитов с использованием разряда конденсатора

Рис. 5.6. Принципиальная схема индикатора намагниченности предмета

9. Оптический неразрушающий контроль основан на наблюдении или регистрации параметров оптического излучения, взаимодействующего с объектом контроля (ОК). Это взаимодействие связано с поглощением, отражением, рассеиванием, дисперсией, поляризацией и др. оптическими эффектами. Данный метод применяют для измерения геометрических параметров изделий, контроля состояния поверхности и обнаружения поверхностных дефектов, контроль напряженных состояний конструкций. Применяется для анализа состава вещества. Некоторые применения оптических метод контроля:

• Контроль качества пайки микросхем

Ersasсope — установка для контроля качества пайки J-выводов и BGA-корпусов;

На рисунке показана правильная пайка (отмечена галочкой) и дефектная пайка (отмечена х)

• автоматический оптический контроль печатных плат

Оператор оптического контроля за работой

4. Тепловое излучение тел

внутриатомным и внутримолекулярным процессам. Источники энергии и, следовательно, вид свечения могут быть разными: экран телевизора, лампа дневного света, лампа накаливания, гниющее дерево, светлячок и т.д.

Из всего многообразия электромагнитных излучений, види­мых или не видимых человеческим глазом, можно выделить одно, которое присуще всем телам. Это излучение нагретых тел, или тепловое излучение.

Тепловое излучение свойственно всем телам при абсолютной температуре Т>0, и его источником является внутренняя энергия излучающих тел, а точнее, энергия хаотического теплового движения их атомов и молекул. В за­висимости от температуры тела изменяются интенсивность излучения и спектральный состав, поэтому далеко не всегда тепловое излучение воспринимается глазом как свечение.

Рассмотрим некоторые основные характеристики теплового излучения. Среднюю мощность излучения за время, значительно большее периода световых колебаний, принимают за поток излучения Ф. В СИ он выражается в ваттах (Вт).

Поток излучения, испускаемый 1 м 2 поверхности, называют энергетической светимостью R_е. Она выражается в ваттах на квадратный метр (Вт/м 2 ).

Нагретое тело излучает электромагнитные волны различной дли­ны волны. Выделим небольшой интервал длин волн от λ до λ + Δλ. Энергетическая светимость, соответствующая этому интервалу, про­порциональна ширине интервала:

(13)

где — спектральная плотность энергетической светимости тела, равная отношению энергетической светимости узкого участка спектра к ширине этого участка, Вт/м 3 .

Зависимость спектральной плотности энергетической свети­мости от длины волны называют спектром излучения тела.

Проинтегрировав (13), получим выражение для энергетиче­ской светимости тела:

(14)

Способность тела поглощать энергию излучения характеризу­ют коэффициентом поглощения, равным отношению потока из­лучения, поглощенного данным телом, к потоку излучения, упав­шего на него:

α = Фпогл /Фпад (15)

Так как коэффициент поглощения зави­сит от длины волны, то (15) записывают для потоков монохроматического излучения, и тогда это отношение определяет монохроматический коэффициент поглощения:

αλ = Фпогл (λ) /Фпад (λ)

Из (15) следует, что коэффициенты поглощения могут при­нимать значения от 0 до 1. Особенно хорошо поглощают излуче­ние тела черного цвета: черная бумага, ткани, бархат, сажа, пла­тиновая чернь и т. п.; плохо поглощают тела с белой поверхно­стью и зеркала.

Тело, коэффициент поглощения которого равен единице для всех длин волн (частот), называют черным. Оно погло­щает все падающее на него излучение при любой темпера­туре.

Черных тел в природе нет, это понятие — физическая абстрак­ция. Моделью черного тела является маленькое отверстие в зам­кнутой непрозрачной полости. Луч, попавший в это от­верстие, многократно отразившись от стенок, почти полностью будет поглощен. В дальнейшем именно эту модель будем прини­мать за черное тело (рис.26).

Тело, коэффициент поглощения которого меньше единицы и не зависит от длины волны света, падающего на него, на­зывают серым.

Серых тел в природе нет, однако некоторые тела в определен­ном интервале длин волн излучают и поглощают как серые. Так, например, тело человека иногда считают серым, имеющим коэф­фициент поглощения приблизительно 0,9 для инфракрасной об­ласти спектра.

Количественная связь между излучением и поглощением была установлена Г. Кирхгофом в 1859 г.: при одинаковой температу­ре отношение спектральной плотности энергетической свети­мости к монохроматическому коэффициенту поглощения одина­ково для любых тел, в том числе и для черных (закон Кирх­гофа):

, (16)

где — спектральная плотность энергетической светимости чер­ного тела (индексы у скобок означают тела1, 2 и т. д.).

Закон Кирхгофа может быть записан и в таком виде:

(17)

Отношение спектральной плотности энергетической светимос­ти любого тела к его соответствующему монохроматическому ко­эффициенту поглощения равно спектральной плотности энергети­ческой светимости черного тела при той же температуре.

Из (17) находим еще одно выражение:

(18)

Так как для любого тела (нечерного) теплового излучения.

Из (18) видно, что если тело не поглощает какое-либо излуче­ние (= 0), то оно его и не излучает(= 0).

Излучение черного тела имеет сплошной спектр. Графики спектров излучения для разных температур приведены на рис 27.

Из этих экспериментальных кривых можно сделать ряд выводов.

Существует максимум спектральной плотности энергетиче­ской светимости, который с повышением температуры смещается в сторону коротких волн.

На основании (14) энергетическую светимость черного тела можно найти как площадь, ограниченную кривой и осью абс­цисс.

Из рис. 27 видно, что энергетическая светимость увеличива­ется по мере нагревания черного тела.

Долгое время не могли получить теоретически зависимость спектральной плотности энергетической светимости черного тела от длины волны и температуры, которая отвечала бы эксперимен­ту. В 1900 г. это было сделано М. Планком.

В классической физике испускание и поглощение излучения те­лом рассматривались как непрерывный волновой процесс. Планк пришел к выводу, что именно эти основные положения не позволя­ют получить правильную зависимость. Он высказал гипотезу, из которой следовало, что черное тело излучает и поглощает энергию не непрерывно, а определенными дискретными порциями — кван­тами.

Для энергетической светимости черного тела получим:

, (19)

где — постоянная Больцмана.

Это закон Стефана-Больцмана: энергетическая светимость черного тела пропорциональна четвертой степени его термодинамической температуры.

Закон смещения Вина:

, (20)

где — длина волны, на которую приходится максимум спектральной плотности энергетической светимости черного тела,b = 0.28978.10 -2 м.К – постоянная Вина. Этот закон выполняется и для серых тел.

Проявление закона Вина известно из обыденных наблюдений. При комнатной температуре тепловое излучение тел в основном приходится на инфракрасную область и человеческим глазом не воспринимается, а при очень высокой температуре – белым с голубым оттенком, возрастает ощущение нагретости тела.

Законы Стефана-Больцмана и Вина позволяют, регистрируя излучение тел, определять их температуры (оптическая пирометрия).

Наиболее мощным источником теплового излучения является Солнце.

Ослабление радиации атмосферой сопровождается изменением ее спектрального состава. На рис. 28 показан спектр солнечного излучения на границе земной атмосферы (кривая 1) и на поверхности Земли (кривая 2) при наивысшем стоянии Солнца. Кривая 1 близка к спектру черного тела, ее максимум соответствует длине волны 470 нм, что, по закону Вина, позволяет определить температуру поверхности Солнца – около 6100 К. Кривая 2 имеет несколько линий поглощения, ее максимум расположен около 555 нм. Интенсивность прямой солнечной радиации измеряют актинометром.

Принцип действия его основан на использовании нагревания зачерненных поверхностей тел, происходящего от солнечной радиации.

Дозированную солнечную радиацию применяют как солнцелечение (гелиотерапия), а также как средство закаливания организма. Для лечебных целей используют искусственные источники теплового излучения: лампы накаливания (соллюкс) и инфракрасные излучатели (инфраруж), укрепленные в специальном рефлекторе на штативе. Инфракрасные излучатели устроены подобно бытовым электрическим нагревателям с круглым рефлектором. Спираль нагревательного элемента накаливается током до температуры порядка 400—500 °С. Электромагнитное излучение, занимающее спектральную область между красной границей видимого света (λ=0.76 мкм) и коротковолновым радиоизлучением [λ=(1-2) мм], называют инфракрасным (ИК). Инфракрасную область спектра обычно условно разделяют на ближнюю (от 0,74 до 2,5 мкм), среднюю (2,5 — 50 мкм) и далёкую (50-2000 мкм).

СПЕКТР инфракрасного излучения, так же как и спектр видимого и ультрафиолетового излучений, может состоять из отдельных линий, полос или быть непрерывным в зависимости от природы источника инфракрасного

излучения (рис.29).

Возбуждённые атомы или ионы испускают линейчатые инфракрасные спектры. Возбуждённые молекулы испускают полосатые инфракрасные спектры, обусловленные их колебаниями и вращениями. Колебательные и колебательно-вращательные спектры расположены главным образом в средней, а чисто вращательные — в далёкой инфракрасной области.

Нагретые твердые и жидкие тела испускают непрерывный инфракрасный спектр. Если в законе смещения Вина вместо подставить пределы ИК-излучения, то получим соответственно температуры 3800—1,5 К. Это означает, что все жидкие и твердые тела в обычных условиях (при обычных температурах) практически не только являются источниками ИК-излучения, но и имеют максимум излучения в ИК-области спектра. Отклонение реальных тел от серых не изменяет существа вывода.

Нагретое твёрдое тело излучает в очень широком интервале длин волн. При низких температурах (ниже 800 К) излучение нагретого твёрдого тела почти целиком расположено в инфракрасной области, и такое тело кажется тёмным. При повышении температуры доля излучения в видимой области увеличивается, и тело вначале кажется тёмно-красным, затем красным, жёлтым и, наконец, при высоких температурах (выше 5000 К) — белым; при этом возрастает как полная энергия излучения, так и энергия инфракрасного излучения.

СВОЙСТВА инфракрасного излучения:

оптические свойства – многие вещества, прозрачные в видимой области, оказываются непрозрачными в некоторых областях инфракрасного излучения и наоборот. Например: слой воды в несколько см непрозрачен, а черная бумага прозрачна в далекой области ИК-излучения.

При невысокой температуре энергетическая светимость тел мала. Поэтому далеко не все тела могут быть использованы в качестве источников ИК- излучения. В связи с этим наряду с тепловыми источниками ИК-излучения используют еще ртутные лампы высокого давления и лазеры , которые, в отличие от других источников, не дают сплошного спектра. Мощным источником ИК-излучения является Солнце, около 50% его излучения лежит в ИК-области спектра.

Методы обнаружения и измерения ИК-излучения основаны на преобразовании энергии ИК-излучения в другие виды энергии, которые могут быть измерены обычными методыми. Их делят в основном на две группы: тепловые и фотоэлектрические. Примером теплового приемника служит термоэлемент, нагревание которого вызывает электрический ток. К фотоэлектрическим приемникам относят фотоэлементы и фотосопротивления.

Обнаружить и зарегистрировать инфракрасное излучение можно также фотопластинками и фотопленками со специальным покрытием.

Лечебное применение инфракрасного излучения основано на его тепловом действии. Наибольший эффект достигается коротковолновым ИК-излучением, близким к видимому свету. Для лечения используют специальные лампы .

Инфракрасное излучение проникает в тело на глубину около 20 мм, поэтому в большей степени прогреваются поверхностные слои. Терапевтический эффект как раз и обусловлен возникающим температурным градиентом, что активизирует деятельность терморегулирующей системы. Усиление кровоснабжения облученного места приводит к благоприятным лечебным последствиям.

Плюсы и минусы ИК-излучения:

1. — ИК-лучи для лечения болезней начали использовать с античных времен, когда врачи применяли горящие угли, очаги, нагретое железо, песок, соль, глину и т.п. для излечения обмораживания, язв, ушибов, кровоподтеков и т.д. Гиппократ описывал способ их применения для обработки ран, язв, повреждений от холода и т.д.