Что такое серое излучение

серое излучение

Излучение с распределением энергии в спектре, подобным распределению энергии в спектре равновесного теплового излучения при той же температуре.

Политехнический терминологический толковый словарь . Составление: В. Бутаков, И. Фаградянц . 2014 .

• сериесный МГД-генератор
• серое тело

Смотреть что такое «серое излучение» в других словарях:

• СЕРОЕ ТЕЛО — тело, коэффициент поглощения которого меньше 1 и не зависит от длины волны излучения и абсолютной температуры. Его излучение описывается теми же законами, что и излучение абсолютно (см.). В видимой области спектра свойствами С. т. обладают… … Большая политехническая энциклопедия
• СЕРОЕ ТЕЛО — тело, у к рого спектральный коэфф. поглощения электромагнитного излучения (см. Тепловое излучение) меньше единицы и не зависит от длины волны (частоты). Тепловое излучение С. т. одинаково по спектральному составу с излучением абсолютно чёрного… … Большой энциклопедический политехнический словарь
• Серое тело — тело, Поглощения коэффициент которого меньше 1 (коэффициент черноты С. т.) и не зависит от длины волны λ излучения. Коэффициент поглощения αλ, Т, всех реальных тел зависит от λ (их поглощение селективно), поэтому их можно считать серыми… … Большая советская энциклопедия
• Тепловое излучение — Электромагнитное излучение Синхротронное Циклотронное Тормозное Тепловое Монохроматическое Черенковское Переходное Радиоизлучение … Википедия
• Электрическое освещение — § 1. Законы излучения. § 2. Тело, накаливаемое электрическим током. § 3. Угольная лампа накаливания. § 4. Изготовление ламп накаливания. § 5. История угольной лампочки накаливания. § 6. Лампы Нернста и Ауэра. § 7. Вольтова дуга постоянного тока.… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона
• ИСТОЧНИКИ ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ — (источники света), преобразователи разл. видов энергии в эл. магн. энергию оптич. диапазона с условными границами 1011 1017 Гц, что соответствует длинам волн в вакууме от неск. мм до неск. нм. Естественными И. о. и. явл. Солнце, звёзды,… … Физическая энциклопедия
• Полупроводники — широкий класс веществ, характеризующихся значениями электропроводности σ, промежуточными между электропроводностью металлов (См. Металлы) (σ Полупроводники 106 104 ом 1 см 1) и хороших диэлектриков (См. Диэлектрики) (σ ≤ 10 10 10 12 ом… … Большая советская энциклопедия
• ОСВЕЩЕНИЕ — ОСВЕЩЕНИЕ. Различают естественное и искусственное О. Естественным называют О. от природных источников, гл.обр. от солнца, причем солнечные лучи могут освещать непосредственно, или отражаясь от луны, рассеиваясь в атмосфере, на облаках, на… … Большая медицинская энциклопедия
• Глаз — I (oculus) орган зрения, воспринимающий световые раздражения; является частью зрительного анализатора, который включает также зрительный нерв и зрительные центры, расположенные в коре большого мозга. Глаз состоит из глазного яблока и… … Медицинская энциклопедия
• ГОЛОВНОЙ МОЗГ — ГОЛОВНОЙ МОЗГ. Содержание: Методы изучения головного мозга . . . 485 Филогенетическое и онтогенетическое развитие головного мозга. 489 Bee головного мозга. 502 Анатомия головного мозга Макроскопическое и… … Большая медицинская энциклопедия

Особенности излучения газов

Все виды теплового излучения в первом приближении могут быть классифицированы по спектральному составу в зависимости от характера распределения спектральной плотности интенсивности излучения, а также от наличия или отсутствия излучения в различных частях спектра. По первому признаку целесообразно выделить серое излучение, для которого во всём диапазоне длин волн теплового излучения отношение спектральной плотности интенсивности излучения I_ к такой же характеристике абсолютно чёрного тела I_,0 сохраняется постоянным, т.е. I_/I_,0 = = _ = const. Следствием этого является то, что  = E/E₀ = const. Тела с такими характеристиками можно считать абсолютно серыми. Из определения следует, что абсолютно серые тела несут энергию излучения на любой волне спектра, поэтому такое излучение получило название сплошного в отличие от дискретного или полосчатого. В основе классификации излучения на сплошное и дискретное лежит второй из приведённых выше признаков, т.е. дискретным называют излучение, которое имеет место только в некоторых частях спектра. Между этими частями спектра излучение отсутствует.

Для реальных тел радиационные свойства зависят не только от длины волны, но и от других физических характеристик: удельного электрического сопротивления _э, коэффициента преломления, температуры, шероховатость поверхности, степени окисления поверхности и др. Поэтому аналитически рассчитать эти свойства не представляется возможным, и для практических расчётов обычно используется модель «серого» излучения, а сами радиационные свойства оцениваются интегральными характеристиками.

В отличие от твёрдых тел тепловое излучение газов обладает рядом особенностей. Первая из них состоит в том, что излучать и поглощать лучистую энергию в небольших количествах могут двухатомные газы с несимметричной молекулой (CO, HCl и др.) и в более значительных – трёхатомные газы (CO₂, H₂O, SO₂ и др.), а также молекулы с большим числом атомов (SO₃, CH₄, C_nH_m и др.). Для условий работы тепловых агрегатов в металлургии наиболее существенным является излучение CO₂, H₂O, SO₂ и СО. Для инженерных расчётов сложные спектры этих газов заменяют упрощенными, полагая, что газы излучают и поглощают энергию в пределах участков (полос) спектра, расположенных в его инфракрасной части. Полосы излучения CO₂, H₂O, SO₂ и СО в мкм (10 -6 м) приведены ниже:

Н₂О 1,7-2,3 2,3-3,4 4,8-5,8 6,9-7,6 8,0-9,5 15,8-23,2

SO₂ 3,8-4,0 4,1-4,6 6,9-7,6 8,0-9,5 15,8-23,2

Таким образом, тепловое излучение газовой смеси или какого-либо одного газа слагается из излучения и поглощения его полос. Поэтому в первую очередь излучение газа существенно зависит от свойств его компонентов и их парциального давления в смеси.

Вторая особенность теплового излучения газов заключается в том, что процессы излучения и поглощения энергии всегда протекают в объёме. Как известно, поглощение тепловой энергии в газах связано с воздействием излучения на молекулы газа. Такое воздействие является сугубо индивидуальным, так как между кратковременными столкновениями молекулы не встречаются друг с другом. Поэтому поглощение энергии излучения должно быть функцией числа молекул, находящихся на пути луча (гипотеза Бугера). Поскольку число молекул зависит от парциального давления, то поглощение должно зависеть от произведения этого давления на длину пути луча (толщину газового слоя).

Парциальное давление излучающих газов обычно определяется легко, так как их состав бывает известен либо по химическому анализу, либо по расчётам горения топлива. Несколько сложнее находится линейный размер, характеризующий толщину газового слоя и получивший название эффективной длины пути луча S_эф (в ряде источников обозначается как l_эф). За S_эф принимают радиус полусферического газового объёма, плотность излучения которого такая же, как для объёма реальной формы. Если рассматривать излучение по одному лучу, то значение S_эф совпадает с действительным размером, но если рассматривать излучение, например, газа на под печи, то излучение падает на лучевоспринимающую поверхность под разными углами, и соответствующая толщина излучающего слоя будет разной. В общем случае величина S_эф зависит от формы и размеров газового объёма; она определяется по формуле А.С. Невского:

где V – объём излучающего газа; F – площадь всех стен, ограничивающих этот объём; m – коэффициент эффективности газового объёма, зависящий от формы газового объёма и от степени черноты газов. В инженерных расчётах обычно принимают при S_эф > 1 м m = 0,9, а при S_эф < 1м m = 0,85. Для различных форм газового объёма при m = 0,9 имеем для S_эф:

Схема объёма

Значение S_эф

Сфера диаметром d

Серое тело

тело, Поглощения коэффициент которого меньше 1 (коэффициент черноты С. т.) и не зависит от длины волны λ излучения. Коэффициент поглощения α_{λ, Т}, всех реальных тел зависит от λ (их поглощение селективно), поэтому их можно считать серыми лишь в интервалах λ, где α_{λ, Т} приблизительно постоянен. В видимой области спектра свойствами С. т. обладают уголь (α_{λ, Т} = 0,80 при 125—625 °С), угольные нити ламп накаливания (α_{λ, Т} = 0,526 при 1040—1405 °С), сажа (α_{λ, Т} = 0,94—0,96 при 100—200 °С). Платиновая и висмутовая черни поглощают и излучают как С. т. в наиболее широком интервале λ — от видимого света до 25—30 мкм (α_{λ, Т} = 0,93—0,99).

С. т. является источником т. н. серого излучения — теплового излучения (См. Тепловое излучение), одинакового по спектральному составу с излучением абсолютно чёрного тела (См. Абсолютно чёрное тело), но отличающегося от него меньшей энергетической яркостью. К серому излучению применимы законы излучения абсолютно чёрного тела (в них заменяются лишь константы) — Планка закон излучения, Вина закон излучения, Рэлея — Джинса закон излучения. Понятие С. т. применяется в оптической пирометрии.

Лит. см. при ст. Пирометры.

Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия . 1969—1978 .

Смотреть что такое «Серое тело» в других словарях:

• СЕРОЕ ТЕЛО — тело, поглощения коэффициент к рого меньше 1 и не зависит от длины волны излучения l и абс. темп ры Т. Коэфф. поглощения al,T (наз. также коэфф. черноты С. т.) всех реальных тел зависит от l (селективное поглощение) и Т, поэтому их можно считать… … Физическая энциклопедия
• СЕРОЕ ТЕЛО — тело, коэффициент поглощения которого меньше 1 и не зависит от длины волны излучения … Большой Энциклопедический словарь
• серое тело — серое тело; серая среда Тело (среда), спектральная поглощательная способность которого не зависит от длины волны (частоты) падающего излучения … Политехнический терминологический толковый словарь
• серое тело — Тело, коэффициент поглощения которого меньше единицы и не зависит от длины световой волны, направления распространения и поляризации. [Сборник рекомендуемых терминов. Выпуск 79. Физическая оптика. Академия наук СССР. Комитет научно технической… … Справочник технического переводчика
• СЕРОЕ ТЕЛО — тело, коэффициент поглощения которого меньше 1 и не зависит от длины волны излучения и абсолютной температуры. Его излучение описывается теми же законами, что и излучение абсолютно (см.). В видимой области спектра свойствами С. т. обладают… … Большая политехническая энциклопедия
• серое тело — тело, коэффициент поглощения которого меньше 1 и не зависит от длины волны излучения. * * * СЕРОЕ ТЕЛО СЕРОЕ ТЕЛО, тело, коэффициент поглощения которого меньше 1 и не зависит от длины волны излучения … Энциклопедический словарь
• серое тело — pilkasis kūnas statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Šilumos spinduolis, kurio pussferės arba kryptinė spektrinė spinduliavimo geba nepriklauso nuo bangos ilgio. atitikmenys: angl. grey body vok. grauer Körper, m;… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas
• серое тело — pilkasis kūnas statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Kūnas, kurio elektromagnetinės spinduliuotės sugerties geba mažesnė už vienetą ir nepriklauso nuo bangos ilgio. atitikmenys: angl. grey body vok. grauer Körper, m rus.… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas
• серое тело — pilkasis kūnas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. grey body vok. grauer Körper, m; Graustrahler, m rus. серое тело, n pranc. corps gris, m … Fizikos terminų žodynas
• серое тело — pilkasis kūnas statusas T sritis Energetika apibrėžtis Kūnas, kurio spinduliuotės intensyvumo ir absoliučiai juodo kūno spinduliuotės intensyvumo santykis visame spinduliuotės spektre yra vienodas. atitikmenys: angl. grey body vok. grauer Körper … Aiškinamasis šiluminės ir branduolinės technikos terminų žodynas

Серое тело

тело, Поглощения коэффициент которого меньше 1 (коэффициент черноты С. т.) и не зависит от длины волны λ излучения. Коэффициент поглощения αλ, Т, всех реальных тел зависит от λ (их поглощение селективно), поэтому их можно считать серыми лишь в интервалах λ, где αλ, Т приблизительно постоянен. В видимой области спектра свойствами С. т. обладают уголь (αλ, Т = 0,80 при 125—625 °С), угольные нити ламп накаливания (αλ, Т = 0,526 при 1040—1405 °С), сажа (αλ, Т = 0,94—0,96 при 100—200 °С). Платиновая и висмутовая черни поглощают и излучают как С. т. в наиболее широком интервале λ — от видимого света до 25—30 мкм (αλ, Т = 0,93—0,99).

Испускаемый источником свет уносит с собой энергию. Существует много различных механизмов подвода энергии к источнику света. В тех случаях, когда необходимая энергия сообщается нагреванием, т. е. подводом тепла, излучение называется тепловым или температурным. Этот вид излучения для физиков конца XIX века представлял особый интерес, так как в отличие от всех других видов люминесценции, тепловое излучение может находиться в состоянии термодинамического равновесия с нагретыми телами.

Изучая закономерности теплового излучения тел, физики надеялись установить взаимосвязь между термодинамикой и оптикой.

Если в замкнутую полость с зеркально отражающими стенками поместить несколько тел, нагретых до различной температуры, то, как показывает опыт, такая система с течением времени приходит в состояние теплового равновесия, при котором все тела приобретают одинаковую температуру. Тела обмениваются энергией только путем испускания и поглощения лучистой энергии. В состоянии равновесия процессы испускания и поглощения энергии каждым телом в среднем компенсируют друг друга, и в пространстве между телами плотность энергии излучения достигает определенного значения, зависящего только от установившейся температуры тел. Это излучение, находящееся в термодинамическом равновесии с телами, имеющими определенную температуру, называется равновесным или черным излучением. Плотность энергии равновесного излучения и его спектральный состав зависят только от температуры.

Если через малое отверстие заглянуть внутрь полости, в которой установилось термодинамическое равновесие между излучением и нагретыми телами, то глаз не различит очертаний тел и зафиксирует лишь однородное свечение всей полости в целом.

Пусть одно из тел в полости обладает свойством поглощать всю падающую на его поверхность лучистую энергию любого спектрального состава. Такое тело называют абсолютно черным. При заданной температуре собственное тепловое излучение абсолютно черного тела, находящегося в состоянии теплового равновесия с излучением, должно иметь тот же спектральный состав, что и окружающее это тело равновесное излучение. В противном случае равновесие между абсолютно черным телом и окружающем его излучением не могло бы установиться. Поэтому задача сводится к изучению спектрального состава излучения абсолютно черного тела. Решить эту задачу классическая физика оказалась не в состоянии.

Для установления равновесия в полости необходимо, чтобы каждое тело испускало ровно столько лучистой энергии, сколько оно поглощает. Это одна из важнейших закономерностей теплового излучения. Отсюда следует, что при заданной температуре абсолютно черное тело испускает с поверхности единичной площади в единицу времени больше лучистой энергии, чем любое другое тело.

Модель абсолютно черного тела

Абсолютно черных тел в природе не бывает. Хорошей моделью такого тела является небольшое отверстие в замкнутой полости (рис. 5.1.1). Свет, падающий через отверстие внутрь полости, после многочисленных отражений будет практически полностью поглощен стенками, и снаружи отверстие будет казаться совершенно черным. Но если полость нагрета до определенной температуры T, и внутри установилось тепловое равновесие, то собственное излучение полости, выходящее через отверстие, будет излучением абсолютно черного тела. Именно таким образом во всех экспериментах по исследованию теплового излучения моделируется абсолютно черное тело.

С увеличением температуры внутри полости будет возрастать энергия выходящего из отверстия излучения и изменяться его спектральный состав.

Распределение энергии по длинам волн в излучении абсолютно черного тела при заданной температуре T характеризуется излучательной способностью r (λ, T), равной мощности излучения с единицы поверхности тела в единичном интервале длин волн. Произведение r (λ, T) Δλ равно мощности излучения, испускаемого единичной площадкой поверхности по всем направлениям в интервале Δλ длин волн. Аналогично можно ввести распределение энергии по частотам r (ν, T). Функцию r (λ, T) (или r (ν, T)) часто называют спектральной светимостью, а полный поток R (T) излучения всех длин волн, равный

называют интегральной светимостью тела.

К концу XIX века излучение абсолютно черного тела было хорошо изучено экспериментально.

В 1879 году Йозеф Стефан на основе анализа экспериментальных данных пришел к заключению, что интегральная светимость R (T) абсолютно черного тела пропорциональна четвертой степени абсолютной температуры T:

Несколько позднее, в 1884 году, Л. Больцман вывел эту зависимость теоретически, исходя из термодинамических соображений. Этот закон получил название закона Стефана–Больцмана. Числовое значение постоянной σ, по современным измерениям, составляет

σ = 5,671·10 –8 Вт / (м 2 · К 4 ).

Спектральное распределение r (λ, T) излучения черного тела при различных температурах

К концу 90-х годов XIX века были выполнены тщательные экспериментальные измерения спектрального распределения излучения абсолютно черного тела, которые показали, что при каждом значении температуры T зависимость r (λ, T) имеет ярко выраженный максимум (рис. 5.1.2). С увеличением температуры максимум смещается в область коротких длин волн, причем произведение температуры T на длину волны λ_m, соответствующую максимуму, остается постоянным:

Это соотношение ранее было получено Вином из термодинамики. Оно выражает так называемый закон смещения Вина: длина волны λ_m, на которую приходится максимум энергии излучения абсолютно черного тела, обратно пропорциональна абсолютной температуре T. Значение постоянной Вина

При практически достижимых в лабораторных условиях температурах максимум излучательной способности r (λ, T) лежит в инфракрасной области. Только при T ≥ 5·10 3 К максимум попадает в видимую область спектра. Максимум энергии излучения Солнца приходится примерно на 470 нм (зеленая область спектра), что соответствует температуре наружных слоев Солнца около 6200 К (если рассматривать Солнце как абсолютно черное тело).

Планк пришел к выводу, что процессы излучения и поглощения электромагнитной энергии нагретым телом происходят не непрерывно, как это принимала классическая физика, а конечными порциями – квантами. Квант – это минимальная порция энергии, излучаемой или поглощаемой телом. По теории Планка, энергия кванта E прямо пропорциональна частоте света:

где h – так называемая постоянная Планка. h = 6,626·10 –34 Дж·с. Постоянная Планка – это универсальная константа, которая в квантовой физике играет ту же роль, что и скорость света в СТО.

На основе гипотезы о прерывистом характере процессов излучения и поглощения телами электромагнитного излучения Планк получил формулу для спектральной светимости абсолютно черного тела. Формулу Планка удобно записывать в форме, выражающей распределение энергии в спектре излучения абсолютно черного тела по частотам ν, а не по длинам волн λ.

Здесь c – скорость света, h – постоянная Планка, k – постоянная Больцмана, T – абсолютная температура.

Формула Планка хорошо описывает спектральное распределение излучения черного тела при любых частотах. Она прекрасно согласуется с экспериментальными данными. Из формулы Планка можно вывести законы Стефана–Больцмана и Вина. При hν

Решение проблемы излучения черного тела ознаменовало начало новой эры в физике. Нелегко было примириться с отказом от классических представлений, и сам Планк, совершив великое открытие, в течение нескольких лет безуспешно пытался понять квантование энергии с позиции классической физики.

В 1900 г. немецкий физик Макс Планк высказал гипотезу: свет излучается и поглощается отдельными порциями — квантами (или фотонами). Энергия каждого фотона определяется формулой , где — постоянная Планка, равная , — частота света. Гипотеза Планка объяснила многие явления: в частности, явление фотоэффекта, открытого и 1887 г. немецким ученым Генрихом Герцем и изученного экспириментально русским ученым Александром Григорьевичем Столетовым.

Фотоэффект — это явление испускания электронов веществом под действием света. Если зарядить цинковую пластину, присоединенную к электрометру, отрицательно и освещать ее электрической дутой (рис. 35), то электрометр быстро разрядится.

В результате исследований были установлены следующие эмпирические закономерности:

— количество электронов, вырываемых светом с поверхности металла за 1 с, прямо пропорционально поглощаемой за это время энергии световой волны;

— максимальная кинетическая энергия фото электронов линейно возрастает с частотой света и н зависит от его интенсивности.

Кроме того, были установлены два фундаменталь ных свойства.

Во-первых, безынерционность фотоэффекта: процесс начинается сразу в момент начала освещения.

Во-вторых, наличие характерной для каждого металла минимальной частоты — красной границы фотоэффекта. Эта частота такова, что при фотоэффект не происходит при любой энергии света а если , то фотоэффект начинается даже при малой энергии.

Теорию фотоэффекта создал немецкий ученый А. Эйнштейн в 1905 г. В основе теории Эйнштейна лежит понятие работы выхода электронов из металла и понятие о квантовом излучении света. По теории Эйнштейна фотоэффект имеет следующее объяснение: поглощая квант света, электрон приобретает энергии . При вылете из металла энергия каждого электро на уменьшается на определенную величину, котору называют работой выхода ( ). Работа выхода это работа, которую необходимо затратить, чтобы удалить электрон из металла. Поэтому максимальная кинетическая энергия электронов после вылета (если нет других потерь) равна: . Следовательно,

.

Это уравнение носит название уравнения Эйнштейна.

Приборы, в основе принципа действия которых лежит явление фотоэффекта, называют фотоэлементами. Простейшим таким прибором является вакуумный фотоэлемент. Недостатками такого фотоэлемента являются слабый ток, малая чувствительность к длинноволновому излучению, сложность в изготовлении, невозможность использования в цепях переменного тока. Применяется в фотометрии для измерения силы света, яркости, освещенности, в кино для воспроизведения звука, в фототелеграфах и фототелефонах, в управлении производственными процессами.

Существуют полупроводниковые фотоэлементы, и которых под действием света происходит изменение концентрации носителей тока. Они используются при автоматическом управлении электрическими цепями (например, в турникетах метро), в цепях переменного тока, в качестве невозобновляемых источников тока в часах, микрокалькуляторах, проходят испытания первые солнечные автомобили, используются в солнечных батареях на искусственных спутниках Земли, межпланетных и орбитальных автоматических станциях.

С явлением фотоэффекта связаны фотохимические процессы, протекающие под действием света в фотографических материалах.