Главная > Разное > Курс термодинамики (Микрюков В.Е.)
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

ГЛАВА ШЕСТАЯ. ТЕРМОДИНАМИКА ИЗЛУЧЕНИЯ

1. Тепловое излучение

Теория излучения представляет собой большой самостоятельный раздел теоретической физики. Поэтому в разделе термодинамики мы ограничимся рассмотрением только тех законов электромагнитного излучения, которые можно получить с помощью термодинамического метода.

Рассмотрим какую-нибудь замкнутую систему, например непрозрачное тело, имеющее внутри полость. Допустим, что это тело состоит из двух частей, которые отличаются друг от друга своими физическими свойствами (рис. 27). Допустим далее, что обе части тела имеют одинаковую температуру Т и находятся в тепловом равновесии с окружающими телами. Тогда они будут излучать энергию в полость.

Рис. 27.

Если данную систему предоставить самой себе, то в ней должно установиться термодинамическое состояние равновесия, при котором температура будет всюду одинакова: как внутри полости, так и на стенках тела. Если это произошло, то из второго закона термодинамики следует, что излучение в полости не может нарушить температурного равновесия между двумя частями тела.

Выше мы показывали, что если два тела находятся между собой в термодинамическом равновесии, то они имеют одинаковую температуру. Поэтому мы можем считать, что излучение, находящееся в термодинамическом равновесии с окружающим его телом, также обладает температурой и именно

той, которую имеет тело. Температура каких-либо лучей есть температура черного тела, испускающего эти лучи; в связи с этим нормальное распределение энергии отличается от всех других распределений тем, что при нем все лучи обладают одинаковой температурой. Эта мысль впервые была высказана русским физиком Б. Б. Голицыным в 1893 г.

Когда излучение находится в термодинамическом равновесии с окружающими его телами, оно называется равновесным. К равновесному излучению применимы общие законы термодинамики.

В качестве примера рассмотрим изотропное тело, имеющее температуру Когда это тело излучает в вакуум с единицы своей поверхности в одну секунду какое-то количество лучистой энергии то называется лучеиспускательной способностью тела при температуре в интервале длины волн

Если же количество лучистой энергии, характеризуемое длиной волны X, падает из вакуума на изотропное тело, имеющее температуру , то из всего количества энергии некоторая часть поглощается самим телом, часть отражается, а часть проходит через тело, так что

Разделив в этом уравнении правую и левую части равенства на получим:

Первый член в (31,8) определяет поглощательную способность тела второй член — отражательную способность третий — пропускательную способность, т. е.

В таком случае:

Величины изменяются в пределах от до 1. В случае, если тело поглощает всю падающую на него энергию, то

Тела, поглощающие всю падающую на них энергию, называются абсолютно черными. Если же тело отражает всю

падающую на него энергию, то в таком случае оно называется абсолютно зеркальным. Если, наконец, вся падающая энергия проходит через тело, то и оно называется абсолютно прозрачным. Однако в природе тел с такими абсолютными свойствами не существует; есть тела, которые по своим свойствам могут приближаться к абсолютно черному. Среди них можно отметить сажу и платиновую чернь. Лучепоглощательная способность сажи

Идеально черное тело осуществить практически возможно. Пусть имеется почти закрытый сосуд (рис. 28). В малое отверстие О полости попадает луч света. Поглощающая способность стенок полости в этом случае пусть будет После первого попадания луча на стенку 0,6 его энергии поглотится стенками и только 0,4 отразится рассеянными лучами. После многократного попадания луча на стенку полости лучистая энергия его почти полностью поглощается. Если нагреть это тело, то отверстие полости будет излучать энергию как абсолютно черное тело.

Рис. 28.

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление