Тепловое излучение

1.

1. Ускоренное движение электрических зарядов, в частности хаотическое и
колебательное движение атомов и молекул в жидких и твёрдых телах ,т.е. их
тепловое движение, приводит к излучению электромагнитных волн (ЭМВ).
2. Электромагнитное излучение сопровождаются убылью энергии источника.
3. Для поддержания сколько-нибудь продолжительного процесса излучения к
источнику должна подводиться энергия.
4. Способы подвода энергии могут быть весьма разнообразны, следовательно, может
быть различен и характер свечения.
Самым распространёнными является тепловое излучение, то есть испускания ЭМВ
за счёт тепловой энергии тел (энергии хаотического движения микроскопических
частиц). Все остальные виды свечения , возбуждаемого за счёт любого вида энергии
кроме тепловой, объединяются под общим названием «люминесценция»

2.

ХЕМИЛЮМИНИСЦЕНЦИЯ
ЭЛЕКТРОЛЮМИНИСЦЕНЦИЯ
Окисляющийся на воздухе
фосфор светится за счёт энергии,
выделяемой при химическом
превращении.
Свечение, возникающее в газах и
твёрдых телах под воздействием
электрического поля, например, в
неоднородных полупроводниках
КАТОДОЛЮМИНИСЦЕНЦИЯ
ФОТОЛЮМИНИСЦЕНЦИЯ
Свечение твёрдых тел, вызванное
их бомбардировкой
электронами.
Свечение, возбуждаемое
поглощаемым телом
электромагнитным излучением .

3.

Покрытия на основе
радиоактивных трития
и прометия

4.

Тепловое излучение имеет место при любой температуре. При невысоких
температурах излучаются практически лишь длинные инфракрасные волны.
Т=300 К
λм = 10 мкм. λм = 20* 500 нм.
В силу ряда особенностей, тепловое излучение можно противопоставить всем
остальным видам электромагнитного излучения.
РАВНОВЕСНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ
Предположим, что излучающее тело окружено отражающей оболочкой.
В таких условиях никакой потери энергии система ТЕЛО – ИЗЛУЧЕНИЕ не
испытывает. Однако это не значит, что система будет находиться в равновесии.
Равновесие будет осуществлено только тогда, когда с течением ВРЕМЕНИ
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЭНЕРГИИ МЕЖДУ ТЕЛОМ И ИЗЛУЧЕНИЕМ НЕ ИЗМЕНЯЕТСЯ .

5.

В качестве излучающего тела можно взять и нагретое тело, и люминесцирующее. Как
показывает опыт, в равновесии со своим излучением может находиться только тело,
испускающее тепловое излучение. Остальные типы излучения неравновесны.
Способность теплового излучения находиться в равновесии с излучающим телами
обусловлена тем, что внутренняя энергия тела и интенсивность его теплового излучения
стационарно возрастает с повышением температуры, пропорционально ее четвёртой
степени. Интенсивность люминесценции тоже может возрастать при нагреве, но на
короткое время - происходит так называемое высвечивание.
Опыт показывает, что для тел, находящихся в замкнутой
полости и излучающих тепловую энергию обязательно в
конце концов устанавливается стационарное состояние,
при котором все тела приобретают одинаковую
температуру и поглощают в единицу времени ровно
столько же энергии, сколько отдают её. При этом плотность
излучения в полости достигает определенного значения,
соответствующего данной температуре. Это известный факт,
поэтому кажется, что он следует из законов классической
физики, однако именно им он и противоречит.
Отражающая
оболочка

6.

Пусть кусок железа помещен в нашу отражающую полость. Поверхность железа
зачернена и она поглощает ровно столько энергии, сколько излучает.
При тепловом равновесии каждый квадратный сантиметр железа должен и
поглощать такую же мощность.
Достоверно известно, что при 00С равновесная плотность энергии в окружающем
пространстве равна 4*10-5эрг/см3 . С другой стороны плотность тепловой энергии
внутри самого куска железа при той же температуре составляет 8*109 эрг/см3 , то
есть в 2*1014 раз больше плотности энергии излучения.
Таким образом, при термодинамическом равновесии между колеблющимися
атомами вещества и ЭМИ почти вся энергия сосредоточена в колеблющихся атомах.
И лишь ничтожная доля приходится на ЭМИ, находящееся с ними в равновесии.
Указанный экспериментальный факт находится в вопиющем противоречии с
представлениями классической физики.
Представим себе следующий модельный опыт: заменим колеблющиеся атомы
шариками, соединенными пружинками и подвешенными в замкнутой камере,
содержащей воздух. Если мы выведем шарики из равновесия, то они начнут
колебаться и возбуждать колебания воздушной среды.

7.

Эти колебания в нашей модели соответствуют ЭМВ. Вследствие вязкого трения
движение шариков будет со временем замедляться и вся их энергия будет передана
колебаниям воздушной среды – её молекул, то есть перейдет в тепло. Шарики же
будут совершать лишь небольшие колебания около своих положений равновесия.
Тепловая энергия единицы объема двухатомного газа, молекулы которого имеют пять
степеней свободы равна 5 n kT , энергия шариков (у них по три степени свободы)
м
2
равна 3 n kT .
ш
2
Поскольку nш << nм , то в условиях равновесия (когда шарики перестанут совершать
видимые колебания) вся энергия перейдет в молекулам газа – в нашей модели к ЭМП.
Описанная картина для излучающей системы частиц и среды противоположна той,
что наблюдается на опыте. Т. е. согласно классической теории в случае равновесия
ЭМП и излучающего тела, вся энергия должна перейти к ЭМП, чего на самом деле не
наблюдается и нестыковка теории с экспериментом составляет 14 порядков.

8.

Вектор Пойнтинга — вектор плотности мощности ЭМП, его можно определить через
векторное произведение двух векторов
c
E H ;
Sn
4
эрг
Sn 2 ;
см с
Вт
Sn 2 ;
м