Лабораторная работа № 1
ПРОВЕРКА ЗАКОНОВ ТЕПЛОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
Цель работы: проверка основных законов теплового излучения,
определение постоянной Планка, постоянной Стефана–Больцмана,
удельной мощности лампы накаливания.
Методические указания
Излучение электромагнитных волн, возникающее за счет внутренней (тепловой) энергии излучающего объекта, называется тепловым излучением. Все остальные виды излучения, возбуждаемые за
счет любого другого вида энергии, кроме тепловой, объединяются под
общим названием “люминесценция”. Понятие “тепловое излучение”
применимо только к излучению объекта (тела), состоящего из большого числа атомов или молекул, т. е. когда это тело является макрообъектом. Тепловое излучение присуще нагретым телам вне зависимости от их природы и агрегатного состояния.
Тепловое излучение характеризуется сплошным спектром, положение максимума которого зависит от температуры. Если тело
путем излучения теряет столько же энергии, сколько поглощает,
то процесс излучения называется равновесным. При этом нагретое
тело находится в термодинамическом равновесии с окружающей
средой, а его состояние может быть охарактеризовано определенной температурой.
Мощность R, излучаемую с единицы поверхности нагретого тела
во всех направлениях, во всем диапазоне частот, называют интегральной энергетической светимостью или интегральной излучательной способностью тела. Мощность dR, испускаемая с единицы поверхности нагретого тела в интервале частот от v до +d, пропорциональна величине интервала d
r dR,
dR r,Td, ,T
d
(1)
где r,T – спектральная плотность энергетической светимости или
спектральная излучательная способность тела.
3
Интегральная энергетическая светимость связана со спектральной излучательной способностью тела соотношениями
R r d
или
,T
0
R r d
T,
, ,
rT
0
dR
d
.
(2)
Все тела в той или иной степени поглощают энергию падающих на
них электромагнитных волн. Спектральной характеристикой поглощения является спектральная поглощательная способность тела
a,T , которая определяет долю поглощенной энергии в интервале частот от до +d
‘
a
,T
dW
,
dW
(3)
где dW – энергия излучения (в интервале частот от n до +dn), падающего на тело; dW – часть этой энергии, поглощенная телом.
Законы, которым подчиняется тепловое излучение
Закон Кирхгофа. Отношение излучательной способности тела к
его поглощательной способности одинаково для всех тел и является
универсальной функцией частоты и температуры f(v,T)
где индексы 1, 2,… относятся к разным телам.
Тело, которое поглощает все падающее на него излучение, называют абсолютно черным. Поглощательная способность абсолютно
черного тела равна единице при любой частоте и температуре, av T, 1 .
Из (4) следует, что функция Кирхгофа f(,T) равна