Energetische helderheid lichaam- is een fysieke grootheid die een functie is van temperatuur en numeriek gelijk is aan de energie die een lichaam per tijdseenheid uitzendt vanuit een oppervlakte-eenheid in alle richtingen en over het gehele frequentiespectrum. J / s · m² = W / m²

Spectrale dichtheid van helderheid- een functie van frequentie en temperatuur die de verdeling van stralingsenergie over het gehele spectrum van frequenties (of golflengten) karakteriseert. , Een vergelijkbare functie kan worden geschreven in termen van de golflengte

Het kan worden bewezen dat de spectrale dichtheid van de stralingshelderheid, uitgedrukt in frequentie en golflengte, verband houdt met de relatie:

Absoluut zwart lichaam - fysieke idealisering gebruikt in de thermodynamica, een lichaam dat alle elektromagnetische straling absorbeert die erop valt in alle bereiken en niets reflecteert. Ondanks de naam kan een absoluut zwart lichaam zelf elektromagnetische straling van elke frequentie uitzenden en visueel een kleur hebben. Het stralingsspectrum van een absoluut zwart lichaam wordt alleen bepaald door zijn temperatuur.

Het belang van een absoluut zwart lichaam in de kwestie van het spectrum van thermische straling van alle (grijze en gekleurde) lichamen in het algemeen, naast het feit dat dit het eenvoudigste niet-triviale geval is, ligt ook in het feit dat de vraag van het spectrum van evenwichtswarmtestraling van lichamen met elke kleur en reflectiecoëfficiënt wordt gereduceerd door de methoden van de klassieke thermodynamica tot het probleem van straling van een absoluut zwart lichaam (en historisch gezien werd dit al gedaan tegen het einde van de 19e eeuw, toen de probleem van straling van een absoluut zwart lichaam naar voren kwam).

Absolute zwarte lichamen bestaan ​​niet in de natuur, daarom wordt een model gebruikt voor experimenten in de natuurkunde. Het is een gesloten holte met een klein gaatje. Licht dat door dit gat binnenkomt, wordt na meerdere reflecties volledig geabsorbeerd en het gat zal van buitenaf volledig zwart lijken. Maar wanneer deze holte wordt verwarmd, zal deze zijn eigen zichtbare straling hebben. Aangezien de straling die wordt uitgezonden door de binnenwanden van de holte, voordat deze wordt verlaten (het gat is immers erg klein), in het overweldigende aantal gevallen zal ondergaan grote hoeveelheid nieuwe absorpties en emissies, dan kunnen we met vertrouwen zeggen dat de straling in de spouw in thermodynamisch evenwicht is met de wanden. (In feite is het gat voor dit model helemaal niet belangrijk, het is alleen nodig om de fundamentele waarneembaarheid van de straling binnenin te benadrukken; het gat kan bijvoorbeeld volledig worden gesloten en alleen snel worden geopend als het evenwicht al is bereikt en de meting wordt uitgevoerd).

2. Stralingswet van Kirchhoff - fysieke wet, opgericht door de Duitse natuurkundige Kirchhoff in 1859. In zijn moderne formulering luidt de wet als volgt: De verhouding van de emissiviteit van een lichaam tot zijn absorptievermogen is hetzelfde voor alle lichamen bij een bepaalde temperatuur en een bepaalde frequentie en is niet afhankelijk van hun vorm, chemische samenstelling enzovoort.

Het is bekend dat bij het vallen electromagnetische straling op een of ander lichaam wordt een deel ervan weerkaatst, een deel wordt geabsorbeerd en een deel kan erdoorheen. De fractie van geabsorbeerde straling bij een bepaalde frequentie heet absorptiecapaciteit: lichaam. Aan de andere kant straalt elk verwarmd lichaam energie uit volgens een of andere wet, genaamd lichaamsemissiviteit.

De hoeveelheden en kunnen sterk variëren wanneer ze van het ene lichaam naar het andere gaan, maar volgens de stralingswet van Kirchhoff hangt de verhouding van het emitterende en absorberende vermogen niet af van de aard van het lichaam en is het een universele functie van frequentie (golflengte) en temperatuur:

Per definitie absorbeert een absoluut zwart lichaam alle straling die erop invalt, dat wil zeggen ervoor. Daarom valt de functie samen met de emissiviteit van een absoluut zwart lichaam, beschreven door de Stefan-Boltzmann-wet, waardoor de emissiviteit van elk lichaam alleen kan worden gevonden uitgaande van zijn absorptievermogen.

Stefan - Boltzmann wet- de stralingswet van een absoluut zwart lichaam. Bepaalt de afhankelijkheid van het stralingsvermogen van een absoluut zwart lichaam van zijn temperatuur. Formulering van de wet: Het stralingsvermogen van een absoluut zwart lichaam is recht evenredig met het oppervlak en de vierde macht van de lichaamstemperatuur: P = Sεσ t 4, waarbij ε de mate van emissiviteit is (voor alle stoffen ε< 1, для абсолютно черного тела ε = 1).

Met behulp van de wet van Planck voor straling, kan de constante σ worden gedefinieerd als waar de constante van Planck is, k - constante van Boltzmann, C is de snelheid van het licht.

Numerieke waarde J · s −1 · m −2 · K −4.

De Duitse natuurkundige W. Wien (1864-1928) stelde, steunend op de wetten van de thermo- en elektrodynamica, de afhankelijkheid van de golflengte l max vast, overeenkomend met het maximum van de functie rl, T, van temperatuur T. Volgens Wien's verplaatsingswet,lmax = b / T

d.w.z. de golflengte l max die overeenkomt met de maximale waarde van de spectrale dichtheid van de stralingshelderheid r l, T zwart lichaam, is omgekeerd evenredig met zijn thermodynamische temperatuur, B - De constante van Wien: de experimentele waarde is 2,9 10 -3 m K. Expressie (199.2) wordt daarom de wet genoemd verplaatsing De fout dat het de verplaatsing van de positie van het maximum van de functie toont r l, T als de temperatuur stijgt tot het gebied van korte golflengten. De wet van Wien verklaart waarom, naarmate de temperatuur van verwarmde lichamen daalt, langgolvige straling in hun spectrum meer en meer domineert (bijvoorbeeld de overgang van witte warmte naar rood wanneer het metaal afkoelt).

Ondanks het feit dat de wetten van Stefan-Boltzmann en Wien spelen, in de theorie van thermische straling belangrijke rol, het zijn privaatrechtelijke wetten, omdat ze niet geven het totaalbeeld frequentieverdeling van energie bij verschillende temperaturen.

3. Laat de wanden van deze holte het licht dat erop valt volledig reflecteren. Laten we een lichaam in de holte plaatsen dat lichtenergie zal uitzenden. Een elektromagnetisch veld zal in de holte ontstaan ​​en uiteindelijk gevuld worden met straling, die in een staat van thermisch evenwicht is met het lichaam. Evenwicht zal ook optreden in het geval dat op de een of andere manier de uitwisseling van warmte van het bestudeerde lichaam met zijn omgeving volledig wordt geëlimineerd (we zullen dit mentale experiment bijvoorbeeld in een vacuüm uitvoeren, wanneer er geen verschijnselen van warmtegeleiding zijn en convectie). Alleen door de processen van emissie en absorptie van licht zal zeker evenwicht komen: het emitterende lichaam zal een temperatuur hebben, gelijk aan temperatuur elektromagnetische straling, die de ruimte in de holte isotroop vult, en elk geselecteerd deel van het lichaamsoppervlak zal per tijdseenheid evenveel energie uitstralen als het absorbeert. In dit geval moet er een evenwicht tot stand komen, ongeacht de eigenschappen van het lichaam dat in een gesloten holte is geplaatst, die echter van invloed zijn op de tijd die nodig is om het evenwicht tot stand te brengen. De energiedichtheid van het elektromagnetische veld in de holte, zoals hieronder zal worden getoond, in de evenwichtstoestand wordt alleen bepaald door de temperatuur.

Voor de karakterisering van evenwichtswarmtestraling is niet alleen de bulkenergiedichtheid van belang, maar ook de verdeling van deze energie over het spectrum. Daarom zullen we de evenwichtsstraling karakteriseren die de ruimte in de holte isotroop vult met behulp van de functie jij ω - spectrale dichtheid van straling, dat wil zeggen, de gemiddelde energie per volume-eenheid van het elektromagnetische veld, verdeeld in het frequentiebereik van ω tot ω + δω en verwezen naar de waarde van dit interval. Het is duidelijk dat de waarde jijω zou in grote mate afhankelijk moeten zijn van de temperatuur; daarom noemen we het jij(ω, T). Totale energiedichtheid jij(t) verbonden met jij(ω, t) door de formule.

Strikt genomen is het begrip temperatuur alleen van toepassing op evenwichtswarmtestraling. Onder evenwichtsomstandigheden moet de temperatuur constant blijven. Het begrip temperatuur wordt echter vaak ook gebruikt om gloeilampen te karakteriseren die niet in evenwicht zijn met straling. Bovendien, met een langzame verandering in de parameters van het systeem, op elk gegeven tijdsinterval, kan het worden gekenmerkt door zijn temperatuur, die langzaam zal veranderen. Dus als er bijvoorbeeld geen warmtetoevoer is en de straling het gevolg is van een afname van de energie van een lichtgevend lichaam, dan zal ook de temperatuur ervan afnemen.

Laten we een verband leggen tussen de emissiviteit van een absoluut zwart lichaam en de spectrale dichtheid van evenwichtsstraling. Om dit te doen, berekenen we de energieflux die valt op een oppervlakte-eenheid in een gesloten holte gevuld met elektromagnetische energie van gemiddelde dichtheid U . Laat de straling op een oppervlakte-eenheid vallen in de richting bepaald door de hoeken θ en ϕ (Fig. 6a) binnen de ruimtehoek dΩ:

Omdat evenwichtsstraling isotroop is, plant zich in een gegeven ruimtehoek een fractie voort die gelijk is aan de totale energie die de holte vult. De stroom van elektromagnetische energie die per tijdseenheid door een oppervlakte-eenheid gaat

vervangen dΩ uitdrukking en integratie van meer dan ϕ binnen (0, 2π) en meer dan θ binnen (0, π / 2), verkrijgen we de totale energieflux die valt op het eenheidsgebied:

Het is duidelijk dat het onder evenwichtsomstandigheden noodzakelijk is om de uitdrukking (13) van de emissiviteit van een absoluut zwart lichaam gelijk te stellen Rω karakteriseren van de energieflux uitgezonden door het gebied in een eenheidsfrequentiebereik nabij ω:

Er is dus aangetoond dat de emissiviteit van een absoluut zwart lichaam, tot binnen een factor c / 4, samenvalt met de spectrale dichtheid van evenwichtsstraling. Er moet aan gelijkheid (14) worden voldaan voor elke spectrale component van de straling, vandaar dat: F(ω, t)= jij(ω, t) (15)

Concluderend wijzen we erop dat de straling van een absoluut zwart lichaam (bijvoorbeeld licht uitgezonden door een klein gaatje in een holte) niet langer in evenwicht zal zijn. Deze straling is met name niet isotroop, omdat ze zich niet in alle richtingen voortplant. Maar de verdeling van energie over het spectrum voor dergelijke straling zal samenvallen met de spectrale dichtheid van evenwichtsstraling die de ruimte in de holte isotroop vult. Dit maakt het mogelijk om relatie (14) te gebruiken, die geldig is bij elke temperatuur. Geen enkele andere lichtbron heeft een vergelijkbare spectrale energieverdeling. Dus bijvoorbeeld een elektrische ontlading in gassen of gloed onder de actie chemische reacties heeft spectra die significant verschillen van de luminescentie van een absoluut zwart lichaam. De verdeling van energie over het spectrum van gloeilampen verschilt ook merkbaar van de gloed van een absoluut zwart lichaam, die boven een vergelijking van de spectra van een gewone lichtbron (gloeilamp met een wolfraamgloeidraad) en een absoluut zwart lichaam lag.

4. Gebaseerd op de wet van equipartitie van energie over de vrijheidsgraden: voor elke elektromagnetische oscillatie wordt gemiddeld een energie toegevoegd uit twee delen kT. De ene helft wordt binnengebracht door de elektrische component van de golf en de andere door de magnetische component. Op zichzelf kan evenwichtsstraling in een holte worden weergegeven als een systeem van staande golven. Het aantal staande golven in de driedimensionale ruimte wordt gegeven door:

In ons geval is de snelheid v moet gelijk worden gesteld C, bovendien, in één richting twee elektromagnetische golven met één frequentie, maar met onderling loodrechte polarisaties, dan moet (1) bovendien met twee worden vermenigvuldigd:

Dus Rayleigh en Jeans, elke wiebeling kreeg energie toegewezen. Door (2) te vermenigvuldigen met, krijgen we de energiedichtheid, die valt op het frequentie-interval dω:

Het verband kennen tussen de emissiviteit van een absoluut zwart lichaam F(ω, t) met eendichtheid, voor F(ω, t) vinden we: Uitdrukkingen (3) en (4) heten volgens de Rayleigh-Jeans-formule.

Formules (3) en (4) komen alleen voor lange golflengten bevredigend overeen met experimentele gegevens; bij kortere golflengten is de overeenkomst met experiment sterk verschillend. Bovendien, integratie van (3) over ω in het bereik van 0 tot voor de evenwichtsenergiedichtheid jij(t) geeft oneindig van groot belang... Dit resultaat, genaamd ultraviolette ramp is duidelijk in tegenspraak met experiment: evenwicht tussen de straling en het uitstralende lichaam moet worden vastgesteld op eindige waarden jij(t).

Ultraviolette ramp- een fysieke term die een paradox beschrijft klassieke natuurkunde, bestaande uit het feit dat het totale vermogen van thermische straling van elk verwarmd lichaam oneindig moet zijn. De paradox dankt zijn naam aan het feit dat de spectrale vermogensdichtheid van de straling oneindig moest groeien naarmate de golflengte kleiner werd. In feite toonde deze paradox, zo niet de interne contradictie van de klassieke natuurkunde, dan toch een uiterst scherpe (absurde) discrepantie met elementaire waarnemingen en experimenten.

5. De hypothese van Planck- de hypothese die op 14 december 1900 door Max Planck naar voren is gebracht en die erin bestaat dat bij warmtestraling niet continu, maar in afzonderlijke quanta (porties) energie wordt uitgestraald en geabsorbeerd. Elk zo'n portiekwantum heeft energie evenredig met de frequentie ν straling:

waar H of - evenredigheidscoëfficiënt, later de constante van Planck genoemd. Op basis van deze hypothese stelde hij een theoretische afleiding voor van de relatie tussen de temperatuur van een lichaam en de straling die door dit lichaam wordt uitgezonden - de formule van Planck.

De formule van Planck- de uitdrukking voor de spectrale vermogensdichtheid van de straling van een absoluut zwart lichaam, verkregen door Max Planck. Voor de stralingsenergiedichtheid: jij(ω, t):

De formule van Planck werd verkregen nadat duidelijk werd dat de formule van Rayleigh-Jeans alleen op bevredigende wijze straling in het langegolfgebied beschrijft. Om de formule af te leiden, ging Planck in 1900 ervan uit dat elektromagnetische straling wordt uitgezonden in de vorm van afzonderlijke delen van energie (quanta), waarvan de grootte gerelateerd is aan de stralingsfrequentie door de uitdrukking:

De evenredigheidscoëfficiënt werd vervolgens de constante van Planck genoemd, = 1,054 · 10 −27 erg · s.

Om de eigenschappen van thermische straling te verklaren, was het noodzakelijk om het concept van de emissie van elektromagnetische straling in porties (quanta) te introduceren. De kwantumaard van straling wordt ook bevestigd door het bestaan ​​van een korte-golflengtegrens van het remstrahlung-röntgenspectrum.

Röntgenstraling treedt op wanneer vaste doelen worden gebombardeerd met snelle elektronen. Hier is de anode gemaakt van W, Mo, Cu, Pt - zware vuurvaste of hoge thermische geleidbaarheid metalen. Slechts 1-3% van de energie van elektronen gaat naar straling, de rest komt vrij bij de anode in de vorm van warmte, dus de anodes worden gekoeld met water. Eenmaal in het materiaal van de anode worden de elektronen sterk geremd en worden ze een bron van elektromagnetische golven (röntgenstraling).

startsnelheid elektron dat de anode raakt, wordt bepaald door de formule:

waar jij- versnellende spanning.

> Een merkbare emissie wordt alleen waargenomen bij een scherpe vertraging van snelle elektronen, beginnend bij jij~ 50 kV, terwijl ( met is de snelheid van het licht). In inductie-elektronenversnellers - betatrons, verwerven elektronen energie tot 50 MeV, = 0,99995 met... Door dergelijke elektronen naar een vast doelwit te sturen, verkrijgen we röntgenfoto met een korte golflengte. Deze straling heeft een hoog doordringend vermogen. Volgens de klassieke elektrodynamica zou de vertraging van een elektron straling moeten genereren van alle golflengten van nul tot oneindig. De golflengte waarbij het maximale stralingsvermogen daalt, zou moeten afnemen naarmate de snelheid van de elektronen toeneemt. Er is echter fundamenteel verschil uit de klassieke theorie: nulvermogensverdelingen gaan niet naar de oorsprong, maar breken af ​​bij eindige waarden - dit is kortegolf röntgenrand.

Er is experimenteel vastgesteld dat

Het bestaan ​​van een grens met een korte golflengte volgt rechtstreeks uit de kwantumaard van straling. Inderdaad, als straling ontstaat als gevolg van de energie die verloren gaat door een elektron tijdens vertraging, dan kan de energie van een kwantum de energie van een elektron niet overschrijden EU, d.w.z. , vanaf hier of.

In dit experiment kun je de constante van Planck bepalen H... Van alle methoden voor het bepalen van de Planck-constante is de methode gebaseerd op het meten van de korte-golflengtegrens van het remstralings-röntgenspectrum de meest nauwkeurige.

7. Foto-effect- Dit is de emissie van elektronen van materie onder invloed van licht (en in het algemeen eventuele elektromagnetische straling). In gecondenseerde stoffen (vast en vloeibaar) wordt extern en intern foto-elektrisch effect uitgezonden.

Foto-effect wetten:

De verwoording 1e wet van het foto-elektrisch effect: het aantal elektronen dat wordt uitgestoten door licht van het oppervlak van een metaal per tijdseenheid bij een bepaalde frequentie is recht evenredig met de lichtstroom die het metaal verlicht.

Volgens 2e wet van het foto-elektrisch effect, de maximale kinetische energie van elektronen die door het licht worden uitgestoten, neemt lineair toe met de frequentie van het licht en is niet afhankelijk van de intensiteit.

3e wet van het foto-elektrisch effect: voor elke stof is er een rode rand van het foto-effect, dat wil zeggen, de minimale lichtfrequentie ν 0 (of de maximale golflengte λ 0) waarbij het foto-effect nog mogelijk is, en als ν 0, dan treedt het foto-effect niet meer op.

Een theoretische verklaring van deze wetten werd in 1905 gegeven door Einstein. Volgens hem is elektromagnetische straling een stroom van individuele quanta (fotonen) met elk energie hν, waarbij h de constante van Planck is. In het geval van het foto-elektrisch effect wordt een deel van de invallende elektromagnetische straling van het metalen oppervlak gereflecteerd, en een deel ervan dringt door in de oppervlaktelaag van het metaal en wordt daar geabsorbeerd. Nadat het een foton heeft geabsorbeerd, ontvangt het er energie van en verlaat het, door de werkfunctie uit te voeren, het metaal: Hν = een uit + We, waar We is de maximale kinetische energie die een elektron kan hebben wanneer het het metaal verlaat.

Uit de wet van behoud van energie, wanneer licht wordt weergegeven in de vorm van deeltjes (fotonen), volgt Einsteins formule voor het foto-elektrisch effect: Hν = een uit + Ek

waar een uit- zogenaamd. werkfunctie (de minimale energie die nodig is om een ​​elektron uit een stof te verwijderen), Ek is de kinetische energie van een uitgezonden elektron (afhankelijk van de snelheid kan de kinetische energie van een relativistisch deeltje worden berekend of niet), ν is de frequentie van een invallend foton met energie Hν, H is de constante van Planck.

Werkoutput- het verschil tussen de minimale energie (meestal gemeten in elektron-volt), die aan een elektron moet worden gerapporteerd voor zijn "directe" verwijdering uit het volume van een vaste stof, en de Fermi-energie.

"Rode" rand van het foto-elektrisch effect- minimale frequentie of maximale golflengte λ max licht, waarbij het externe foto-elektrische effect nog steeds mogelijk is, dat wil zeggen, de initiële kinetische energie van foto-elektronen is groter dan nul. De frequentie hangt alleen af ​​van het werk van de output een uit elektron:, waar een uit- werkfunctie voor een specifieke fotokathode, H is de constante van Planck, en met is de snelheid van het licht. Werkoutput een uit hangt af van het materiaal van de fotokathode en de toestand van het oppervlak. De emissie van foto-elektronen begint zodra licht met een frequentie of golflengte op de fotokathode valt.

De energie die een lichaam verliest door warmtestraling wordt gekenmerkt door de volgende waarden.

Stralingsflux (F) - energie die per tijdseenheid wordt uitgestoten door het gehele oppervlak van het lichaam.

In feite is dit de kracht van thermische straling. De afmeting van de stralingsflux is [J / s = W].

Energetische helderheid (Re) - de energie van thermische straling uitgezonden per tijdseenheid van een eenheidsoppervlak van een verwarmd lichaam:

In het SI-systeem wordt de stralingshelderheid gemeten - [W / m 2].

De stralingsflux en de energiehelderheid zijn afhankelijk van de structuur van de stof en de temperatuur: Ф = Ф (T),

Kenmerkend is de verdeling van de stralingshelderheid over het warmtestralingsspectrum spectrale dichtheid. Laten we de energie aanduiden van thermische straling uitgezonden door een eenheidsoppervlak in 1 s in een smal golflengte-interval van λ voordat λ + d λ, via dRe.

Spectrale stralingshelderheid (r) of emissiviteit is de verhouding van de stralingshelderheid in een smal deel van het spectrum (dRe) tot de breedte van dit deel (dλ):

Een benaderend beeld van de spectrale dichtheid en stralingshelderheid (dRe) in het golflengtebereik van λ voordat λ + d λ, worden getoond in Fig. 13.1.

Rijst. 13.1. Spectrale dichtheid van helderheid

De afhankelijkheid van de spectrale dichtheid van de stralingshelderheid van de golflengte wordt genoemd lichaamsstralingsspectrum. Kennis van deze relatie stelt u in staat de energiehelderheid van het lichaam in elk golflengtebereik te berekenen. De formule voor het berekenen van de stralingshelderheid van een lichaam in het golflengtebereik is:

De totale lichtsterkte is:

Lichamen zenden niet alleen warmtestraling uit, maar nemen ze ook op. Het vermogen van een lichaam om stralingsenergie te absorberen hangt af van de substantie, de temperatuur en de stralingsgolflengte. Het absorptievermogen van het lichaam wordt gekenmerkt door: monochromatische absorptiecoëfficiënt α.

Laat een stroom op het oppervlak van het lichaam vallen monochromatisch straling Φ λ met golflengte λ. Een deel van deze stroom wordt gereflecteerd en een deel wordt door het lichaam opgenomen. Laten we de waarde van de geabsorbeerde flux Φ λ absor aanduiden.



Monochromatische absorptiecoëfficiënt α λ is de verhouding van de stralingsflux die door een bepaald lichaam wordt geabsorbeerd tot de waarde van de invallende monochromatische flux:

Monochromatische absorptiecoëfficiënt is een dimensieloze grootheid. De waarden liggen tussen nul en één: 0 ≤ α ≤ 1.

Functie α = α(λ,Τ) , die de afhankelijkheid van de monochromatische absorptiecoëfficiënt van golflengte en temperatuur uitdrukt, heet absorptiecapaciteit: lichaam. Het uiterlijk kan behoorlijk complex zijn. De eenvoudigste soorten absorptie worden hieronder besproken.

Zwart lichaam is een lichaam waarvan de absorptiecoëfficiënt gelijk is aan één voor alle golflengten: α = 1.

Grijs lichaam is een lichaam waarvan de absorptiecoëfficiënt niet afhangt van de golflengte: α = const< 1.

Volledig wit lichaam is een lichaam waarvan de absorptiecoëfficiënt nul is voor alle golflengten: α = 0.

Wet van Kirchhoff

Wet van Kirchhoff- de verhouding van de emissiviteit van een lichaam tot zijn absorptievermogen is hetzelfde voor alle lichamen en is gelijk aan de spectrale dichtheid van de energetische helderheid van een absoluut zwart lichaam:

= /

Gevolg van de wet:

1. Als het lichaam bij een bepaalde temperatuur geen straling absorbeert, zendt het deze ook niet uit. Inderdaad, als voor een bepaalde golflengte de absorptiecoëfficiënt α = 0 is, dan is r = α ∙ ε (λT) = 0

1. Bij dezelfde temperatuur zwart lichaam straalt meer uit dan alle andere. Inderdaad, voor alle lichamen behalve zwart,α < 1, поэтому для них r = α∙ε(λT) < ε

2. Als voor een bepaald lichaam experimenteel de afhankelijkheid van de monochromatische absorptiecoëfficiënt van de golflengte en temperatuur wordt bepaald - α = r = α (λT), dan kun je het spectrum van zijn straling berekenen.

Energiehelderheid van het lichaam R T, is numeriek gelijk aan de energie W uitgezonden door het lichaam over het gehele golflengtebereik (0 per eenheid lichaamsoppervlak, per tijdseenheid, bij lichaamstemperatuur t, d.w.z.

Lichaamsemissiviteit rl, T numeriek gelijk aan de energie van het lichaam dWl, uitgezonden door het lichaam vanaf een eenheid lichaamsoppervlak, per tijdseenheid bij lichaamstemperatuur T, in het golflengtebereik van l tot l + dl, die.

Deze waarde wordt ook wel de spectrale dichtheid van de energiehelderheid van het lichaam genoemd.

De energetische helderheid is gerelateerd aan de emissiviteit door de formule:

Absorptiecapaciteit: lichaam al, T- een getal dat aangeeft welk deel van de energie van straling die op het oppervlak van het lichaam valt, door het wordt geabsorbeerd in het golflengtebereik van l tot l + dl, die.

Het lichaam waarvoor al , T = 1 over het gehele golflengtebereik, wordt een blackbody (blackbody) genoemd.

Het lichaam waarvoor al , T = const<1 over het gehele golflengtebereik wordt grijs genoemd.

waar- spectrale dichtheid energetische helderheid, of lichaamsemissiviteit .

De ervaring leert dat de emissiviteit van een lichaam afhangt van de temperatuur van het lichaam (bij elke temperatuur ligt de maximale straling in zijn eigen frequentiebereik). Dimensie .



Als u de emissiviteit kent, kunt u de energiehelderheid berekenen:

genaamd opnamecapaciteit van het lichaam ... Het is ook sterk temperatuurafhankelijk.

Per definitie kan er niet meer dan één zijn. Voor een lichaam dat straling van alle frequenties volledig absorbeert. Zo'n lichaam heet absoluut zwart (dit is een idealisering).

Een lichaam waarvoor en minder dan één voor alle frequenties,genaamd grijs lichaam (dit is ook een idealisering).

Er is een duidelijk verband tussen het emissie- en absorptievermogen van het lichaam. Laten we in gedachten het volgende experiment uitvoeren (Fig. 1.1).

Rijst. 1.1

Laat er drie lichamen zijn in een gesloten omhulsel. Lichamen bevinden zich in een vacuüm, daarom kan de uitwisseling van energie alleen plaatsvinden door straling. De ervaring leert dat een dergelijk systeem na enige tijd in een thermisch evenwicht zal komen (alle lichamen en de schaal zullen dezelfde temperatuur hebben).

In deze toestand verliest een lichaam met een groter stralingsvermogen meer energie per tijdseenheid, maar daarom moet dit lichaam ook een groter absorberend vermogen hebben:

Gustav Kirchhoff formuleerde in 1856 wet en stelde voor zwart lichaam model .

De verhouding tussen emissiviteit en absorptievermogen is niet afhankelijk van de aard van het lichaam, het is hetzelfde voor alle lichamen(universeel)functie van frequentie en temperatuur.

, (1.2.3)

waar - universele Kirchhoff-functie.

Deze functie is universeel of absoluut.

De hoeveelheden kunnen, afzonderlijk genomen, extreem sterk veranderen wanneer ze van het ene lichaam naar het andere gaan, maar hun verhouding constant voor alle lichamen (bij een bepaalde frequentie en temperatuur).

Voor een absoluut zwart lichaam, dus voor hem, d.w.z. de universele functie van Kirchhoff is niets meer dan de emissiviteit van een absoluut zwart lichaam.

Absoluut zwarte lichamen bestaan ​​niet in de natuur. Carbon black of platina black heeft een absorberend vermogen, maar slechts in een beperkt frequentiebereik. Een holte met een klein gaatje komt qua eigenschappen echter heel dicht in de buurt van een absoluut zwart lichaam. Een straal die na meerdere reflecties binnen is gekomen, wordt noodzakelijkerwijs geabsorbeerd, en een straal van elke frequentie (Fig. 1.2).

Rijst. 1.2

De emissiviteit van een dergelijk apparaat (holte) is zeer dicht bij F(ν, , T). Dus als de wanden van de spouw op een temperatuur worden gehouden t, dan komt er straling uit het gat dat qua spectrale samenstelling heel dicht bij de straling van een absoluut zwart lichaam bij dezelfde temperatuur ligt.

Door deze straling te ontbinden in een spectrum, kan men de experimentele vorm van de functie vinden F(ν, , T) (Fig. 1.3), bij verschillende temperaturen t 3 > t 2 > t 1 .

Rijst. 1.3

Het gebied dat door de curve wordt bedekt, geeft de stralingshelderheid van een zwart lichaam bij de juiste temperatuur.

Deze curven zijn hetzelfde voor alle lichamen.

De curven zijn vergelijkbaar met de snelheidsverdelingsfunctie van moleculen. Maar daar zijn de oppervlakten die door de curven worden bestreken constant, terwijl hier de oppervlakte aanzienlijk toeneemt met toenemende temperatuur. Dit suggereert dat energiecompatibiliteit sterk temperatuurafhankelijk is. Maximale straling (emissiviteit) bij toenemende temperatuur is aan het verschuiven naar hogere frequenties.

Warmtestralingswetten

Elk verwarmd lichaam zendt elektromagnetische golven uit. Hoe hoger de lichaamstemperatuur, hoe korter de golven die het uitzendt. Een lichaam in thermodynamisch evenwicht met zijn straling heet absoluut zwart (Zwart lichaam). De straling van een zwart lichaam hangt alleen af ​​van zijn temperatuur. In 1900 leidde Max Planck een formule af waarmee men bij een gegeven temperatuur van een absoluut zwart lichaam de intensiteit van zijn straling kan berekenen.

De Oostenrijkse natuurkundigen Stefan en Boltzmann hebben een wet opgesteld die de kwantitatieve relatie tussen de totale emissiviteit en de temperatuur van het zwarte lichaam uitdrukt:

Deze wet heet Stefan-Boltzmann wet ... De constante σ = 5,67 ∙ 10 -8 W / (m 2 ∙ K 4) werd genoemd Stefan – Boltzmann constante .

Alle Planck-curven hebben een uitgesproken maximum bij de golflengte

Deze wet werd genoemd De wet van de wijn ... Dus voor de zon T 0 = 5800 K, en het maximum valt op de golflengte λmax ≈ 500 nm, wat overeenkomt met groen in het optische bereik.

Met een temperatuurstijging verschuift de maximale straling van een absoluut zwart lichaam naar het kortegolfgedeelte van het spectrum. Een hetere ster straalt het grootste deel van zijn energie uit in het ultraviolette bereik, terwijl een minder hete ster meer energie uitstraalt in het infrarood.

Foto-effect. Fotonen

Fotoëlektrisch effect werd in 1887 ontdekt door de Duitse natuurkundige G. Hertz en experimenteel onderzocht door AG Stoletov in 1888-1890. De meest volledige studie van het fenomeen van het foto-elektrisch effect werd uitgevoerd door F. Lenard in 1900. Tegen die tijd was het elektron al ontdekt (1897, J. Thomson), en het werd duidelijk dat het foto-effect (of beter gezegd precies, het externe foto-effect) bestaat uit de extractie van elektronen uit materie onder invloed van het licht dat erop valt.

Een schema van de experimentele opstelling voor het bestuderen van het foto-elektrische effect wordt getoond in Fig. 5.2.1.

In de experimenten gebruikten we een glazen vacuümballon met twee metalen elektroden, waarvan het oppervlak grondig werd gereinigd. Er werd enige spanning op de elektroden aangebracht jij, waarvan de polariteit kan worden veranderd met een dubbele sleutel. Een van de elektroden (kathode K) door een kwartsvenster werd verlicht met monochromatisch licht van een bepaalde golflengte λ. Met een constante lichtstroom werd de afhankelijkheid van de fotostroomsterkte gemeten l van de aangelegde spanning. In afb. 5.2.2 toont typische curven van een dergelijke afhankelijkheid, verkregen bij twee intensiteitswaarden lichtstroom vallen op de kathode.

De curven laten zien dat bij voldoende hoge positieve spanningen aan de anode A de fotostroom verzadiging bereikt, aangezien alle elektronen die door het licht van de kathode worden uitgetrokken de anode bereiken. Zorgvuldige metingen hebben aangetoond dat de verzadigingsstroom l n is recht evenredig met de intensiteit van het invallende licht. Wanneer de anodespanning negatief is, remt het elektrische veld tussen de kathode en de anode de elektronen. De anode kan alleen worden bereikt door die elektronen waarvan de kinetische energie groter is dan | EU|. Als de anodespanning lager is dan - jij s, de fotostroom stopt. Meten jij s, kun je de maximale kinetische energie van foto-elektronen bepalen:

Talloze onderzoekers hebben de volgende basiswetten van het foto-elektrisch effect vastgesteld:

  1. De maximale kinetische energie van foto-elektronen neemt lineair toe met een toename van de lichtfrequentie ν en is niet afhankelijk van de intensiteit ervan.
  2. Voor elke stof is er een zgn rode rand foto-effect , d.w.z. de laagste frequentie ν min, waarbij het externe foto-elektrische effect nog steeds mogelijk is.
  3. Het aantal foto-elektronen dat door licht in 1 s door de kathode wordt uitgestoten, is recht evenredig met de lichtintensiteit.
  4. Het foto-elektrisch effect is praktisch traagheidsloos, de fotostroom verschijnt onmiddellijk na het begin van de verlichting van de kathode, op voorwaarde dat de lichtfrequentie ν> ν min.

Al deze regelmatigheden van het foto-elektrisch effect waren fundamenteel in tegenspraak met de ideeën van de klassieke natuurkunde over de interactie van licht met materie. Volgens golfconcepten zou een elektron bij interactie met een elektromagnetische lichtgolf geleidelijk energie moeten verzamelen, en het zou een aanzienlijke tijd duren, afhankelijk van de intensiteit van het licht, voordat het elektron voldoende energie heeft verzameld om uit de kathode. Uit berekeningen blijkt dat deze tijd in minuten of uren had moeten worden berekend. De ervaring leert echter dat foto-elektronen direct na het begin van de belichting van de kathode verschijnen. In dit model was het ook onmogelijk om het bestaan ​​van de rode rand van het foto-elektrisch effect te begrijpen. De golftheorie van licht kon de onafhankelijkheid van de energie van foto-elektronen van de intensiteit van de lichtstroom en de evenredigheid van de maximale kinetische energie met de frequentie van licht niet verklaren.

De elektromagnetische lichttheorie was dus niet in staat deze patronen te verklaren.

Een uitweg werd gevonden door A. Einstein in 1905. Einstein gaf een theoretische verklaring van de waargenomen regelmatigheden van het foto-elektrisch effect op basis van de hypothese van M. Planck dat licht wordt uitgezonden en geabsorbeerd door bepaalde delen, en de energie van elk gedeelte wordt bepaald door de formule E = H, waar H Is de constante van Planck. Einstein zette de volgende stap in de ontwikkeling van kwantumconcepten. Hij concludeerde dat licht heeft een discontinue (discrete) structuur. Een elektromagnetische golf bestaat uit afzonderlijke delen - quanta later genoemd fotonen... Bij interactie met materie draagt ​​een foton al zijn energie volledig over Hν één elektron. Een deel van deze energie kan worden gedissipeerd door een elektron bij botsingen met materieatomen. Bovendien wordt een deel van de elektronenenergie besteed aan het overwinnen van de potentiaalbarrière op het grensvlak metaal-vacuüm. Hiervoor moet het elektron een uitgangswerk uitvoeren EEN afhankelijk van de eigenschappen van het kathodemateriaal. De hoogste kinetische energie die een door de kathode uitgestoten foto-elektron kan hebben, wordt bepaald door de wet van behoud van energie:

Deze formule wordt meestal genoemd Einsteins vergelijking voor het foto-elektrisch effect .

Met behulp van de vergelijking van Einstein is het mogelijk om alle regelmatigheden van het externe foto-elektrische effect te verklaren. De vergelijking van Einstein houdt in: lineaire relatie maximale kinetische energie van frequentie en onafhankelijkheid van lichtintensiteit, aanwezigheid van een rode rand, traagheid van het foto-elektrisch effect. Het totale aantal foto-elektronen dat het kathodeoppervlak in 1 s verlaat, moet evenredig zijn met het aantal fotonen dat tegelijkertijd op het oppervlak valt. Hieruit volgt dat de verzadigingsstroom recht evenredig moet zijn met de intensiteit van de lichtstroom.

Zoals volgt uit de Einstein-vergelijking, de tangens van de helling van de rechte lijn die de afhankelijkheid van de vergrendelingspotentiaal uitdrukt jij s van de frequentie ν (Fig.5.2.3), is gelijk aan de verhouding van de constante van Planck H naar de elektronenlading e:

waar C Is de lichtsnelheid, λ cr is de golflengte die overeenkomt met de rode rand van het foto-elektrisch effect. De meeste metalen hebben een werkfunctie EEN is verschillende elektronvolt (1 eV = 1,602 · 10 -19 J). In de kwantumfysica wordt de elektronvolt vaak gebruikt als een meeteenheid voor energie. De waarde van de constante van Planck, uitgedrukt in elektronvolt per seconde, is

Van de metalen hebben alkalische elementen de laagste werkfunctie. Bijvoorbeeld natrium EEN= 1,9 eV, wat overeenkomt met de rode rand van het foto-elektrisch effect λ cr ≈ 680 nm. Daarom zijn de verbindingen alkalimetalen gebruikt om kathoden te maken in fotocellen ontworpen om zichtbaar licht te registreren.

Dus de wetten van het foto-elektrisch effect geven aan dat licht, wanneer het wordt uitgezonden en geabsorbeerd, zich gedraagt ​​als een stroom deeltjes, genaamd fotonen of lichte quanta .

De fotonenergie is

hieruit volgt dat het foton momentum heeft

Zo keerde de theorie van het licht, na een revolutie van twee eeuwen te hebben voltooid, opnieuw terug naar het concept van lichtdeeltjes - bloedlichaampjes.

Maar dit was geen mechanische terugkeer naar Newtons corpusculaire theorie. Aan het begin van de 20e eeuw werd duidelijk dat licht een tweeledig karakter heeft. Wanneer licht zich voortplant, manifesteren de golfeigenschappen (interferentie, diffractie, polarisatie) zich en bij interactie met materie - corpusculair (foto-elektrisch effect). Deze dubbele aard van licht wordt dualiteit golf-deeltjes ... Later werd de dubbele aard ontdekt voor elektronen en andere elementaire deeltjes. Klassieke natuurkunde kan niet geven een visueel model combinaties van golf- en corpusculaire eigenschappen van micro-objecten. De beweging van micro-objecten is niet onderhevig aan wetten klassieke mechanica Newton en de wetten kwantummechanica... De theorie van blackbody-straling, ontwikkeld door M. Planck, en de kwantumtheorie van het foto-elektrische effect van Einstein liggen aan de basis van deze moderne wetenschap.

d Φ e (\ displaystyle d \ Phi _ (e)) uitgezonden door een klein gebied van het oppervlak van de stralingsbron naar zijn gebied d S (\ weergavestijl dS) : M e = d e d S. (\ displaystyle M_ (e) = (\ frac (d \ Phi _ (e)) (dS)).)

Er wordt ook gezegd dat de stralingshelderheid de oppervlaktedichtheid is van de uitgezonden stralingsflux.

Numeriek is de stralingshelderheid gelijk aan de tijdsgemiddelde modulus van de component van de Poynting-vector loodrecht op het oppervlak. In dit geval wordt het gemiddelde genomen gedurende een tijd die aanzienlijk langer is dan de periode van elektromagnetische oscillaties.

De uitgezonden straling kan in het oppervlak zelf optreden, dan is er sprake van een zelflichtgevend oppervlak. Een andere optie wordt waargenomen wanneer het oppervlak van buitenaf wordt verlicht. In dergelijke gevallen moet een deel van de invallende flux terugkeren als gevolg van verstrooiing en reflectie. Dan heeft de uitdrukking voor de energetische helderheid de vorm:

M e = (ρ + σ) ⋅ E e, (\ displaystyle M_ (e) = (\ rho + \ sigma) \ cdot E_ (e),)

waar ρ (\ displaystyle \ rho) en σ (\ displaystyle \ sigma) is respectievelijk de reflectiecoëfficiënt en de verstrooiingscoëfficiënt van het oppervlak, en is de bestralingssterkte ervan.

Andere, soms gebruikt in de literatuur, maar niet voorzien door GOST, namen van de energetische helderheid: - straling en integrale emissiviteit.

Spectrale dichtheid van helderheid

Spectrale dichtheid van helderheid M e, λ (λ) (\ displaystyle M_ (e, \ lambda) (\ lambda))- de verhouding van de grootte van de stralingshelderheid d M e (λ), (\ displaystyle dM_ (e) (\ lambda),) vallen op een klein spectraal interval d λ, (\ displaystyle d \ lambda,) gesloten tussen λ (\ displaystyle \ lambda) en λ + d λ (\ displaystyle \ lambda + d \ lambda), tot de breedte van dit interval:

M e, λ (λ) = d M e (λ) d . (\ displaystyle M_ (e, \ lambda) (\ lambda) = (\ frac (dM_ (e) (\ lambda)) (d \ lambda)).)

De SI-meeteenheid is W m −3. Omdat de golflengten van optische straling meestal in nanometers worden gemeten, wordt in de praktijk vaak W m – 2 nm – 1 gebruikt.

Soms in de literatuur M e, λ (\ displaystyle M_ (e, \ lambda)) verwijzen naar spectrale emissiviteit.

licht analoog

M v = K m ⋅ ∫ 380 nm 780 nm M e, λ (λ) V (λ) d λ, (\ displaystyle M_ (v) = K_ (m) \ cdot \ int \ limieten _ (380 ~ nm) ^ (780 ~ nm) M_ (e, \ lambda) (\ lambda) V (\ lambda) d \ lambda,)

waar K m (\ weergavestijl K_ (m))- het maximale lichtrendement van straling, gelijk aan 683 lm/W in het SI-systeem. De numerieke waarde volgt direct uit de definitie van de candela.

Informatie over andere fotometrische basisgrootheden en hun lichtanalogen vindt u in de tabel. De aanduidingen van de hoeveelheden worden gegeven in overeenstemming met GOST 26148-84.

SI energie fotometrische hoeveelheden
Naam (synoniem) Hoeveelheidsaanduiding Definitie SI-eenheden aanduiding Lichtsterkte
Stralingsenergie (stralingsenergie) Q e (\ displaystyle Q_ (e)) of W (\ weergavestijl W) Energie gedragen door straling J Licht energie
Stralingsflux (stralingsflux) Φ (\ displaystyle \ Phi) e of P (\ weergavestijl P) Φ e = d Q e d t (\ displaystyle \ Phi _ (e) = (\ frac (dQ_ (e)) (dt))) W Lichtstroom
Stralingsintensiteit (energie-intensiteit van licht) Ik e (\ displaystyle I_ (e)) I e = d Φ e d Ω (\ displaystyle I_ (e) = (\ frac (d \ Phi _ (e)) (d \ Omega))) W sr −1 De kracht van licht
Volumetrische stralingsenergiedichtheid U e (\ displaystyle U_ (e)) U e = d Q e d V (\ displaystyle U_ (e) = (\ frac (dQ_ (e)) (dV))) Jm −3 Bulkdichtheid van lichtenergie
Energie helderheid L e (\ displaystyle L_ (e)) L e = d 2 Φ ed Ω d S 1 cos ⁡ ε (\ displaystyle L_ (e) = (\ frac (d ^ (2) \ Phi _ (e)) (d \ Omega \, dS_ (1) \, \ cos \ varepsilon))) W m −2 sr −1 Helderheid
Integrale uitstraling Λ e (\ displaystyle \ Lambda _ (e)) Λ e = ∫ 0 t L e (t ′) d t ′ (\ displaystyle \ Lambda _ (e) = \ int _ (0) ^ (t) L_ (e) (t ") dt") J m −2 sr −1 Integrale helderheid
Bestraling (bestraling) E e (\ weergavestijl E_ (e)) E e = d Φ e d S 2 (\ displaystyle E_ (e) = (\ frac (d \ Phi _ (e)) (dS_ (2)))) W m −2

Warmtestraling worden elektromagnetische golven genoemd die worden uitgezonden door atomen, die worden opgewekt door de energie van hun thermische beweging. Als straling in evenwicht is met materie, heet het evenwicht thermische straling.

Alle lichamen met een temperatuur T> 0 K zenden elektromagnetische golven uit. Dunne monoatomaire gassen geven lijnemissiespectra, polyatomaire gassen en vloeistoffen - stripspectra, d.w.z. gebieden met een bijna continue reeks golflengten. Vaste stoffen zenden continue spectra uit, bestaande uit alle mogelijke golflengten. Het menselijk oog ziet straling in een beperkt golflengtebereik van ongeveer 400 tot 700 nm. Om de straling van het lichaam te kunnen zien, moet de lichaamstemperatuur minimaal 700 o C zijn.

Warmtestraling wordt gekenmerkt door de volgende waarden:

W- stralingsenergie (in J);

(J / (cm2) - energetische helderheid (DS- het gebied van de straling

oppervlakte). Energetische helderheid R- in de zin van -

is de energie die wordt uitgestraald door een oppervlakte-eenheid per eenheid

tijd over alle golflengten ik van 0 tot.

Naast deze kenmerken, integraal genoemd, gebruiken ze ook spectrale kenmerken, die rekening houden met de hoeveelheid uitgestraalde energie per eenheid golflengte-interval of eenheidsinterval

absorptievermogen (absorptiecoëfficiënt) is de verhouding van de geabsorbeerde lichtstroom tot de invallende lichtstroom genomen in een klein golflengte-interval nabij een bepaalde golflengte.

De spectrale dichtheid van de stralingshelderheid is numeriek gelijk aan het Stralingsvermogen per oppervlakte-eenheid van dit lichaam in het frequentiebereik van de eenheidsbreedte.



Warmtestraling en de aard ervan. Ultraviolette ramp. Verdelingscurve warmtestraling. Plancks vermoeden.

THERMISCHE STRALING (temperatuurstraling) - elektromagneet. straling uitgezonden door een stof en voortkomend uit het inwendige ervan. energie (in tegenstelling tot bijvoorbeeld luminescentie worden randen geëxciteerd door externe energiebronnen). T. en. heeft een continu spectrum, waarvan de positie van het maximum afhangt van de temperatuur van de stof. Met zijn toename neemt de totale energie van de uitgezonden T. en. toe, en het maximum beweegt naar het gebied van kleine golflengten. T. en. geeft bijvoorbeeld een verwarmd metalen oppervlak af, aardse atmosfeer enzovoort.

T. en. ontstaat onder omstandigheden van gedetailleerd evenwicht in materie (zie gedetailleerd evenwichtsprincipe) voor alle bezyz-stralen. processen, d.w.z. voor decomp. soorten botsingen van deeltjes in gassen en plasma's, voor de uitwisseling van energieën van elektronische en trillingen. bewegingen in vaste stoffen, enz. De evenwichtstoestand van materie op elk punt in de ruimte - de toestand van lokale thermodynamica. evenwicht (LTE) - tegelijkertijd wordt het gekenmerkt door de waarde van temperatuur, van een snede T. en. op dit punt.

V algemeen geval systemen van lichamen, voor een snit alleen LTE en dec. wijst op een zwerm hebben dec. tijdelijk, T. en. is niet in thermodynamisch. evenwicht met materie. Hetere lichamen stoten meer uit dan ze absorberen, respectievelijk koudere lichamen omgekeerd. Straling wordt overgedragen van warmere lichamen naar koudere. Om een ​​stationaire toestand te behouden, wanneer de temperatuurverdeling in het systeem behouden blijft, is het noodzakelijk om het verlies aan thermische energie te compenseren door een uitstralend heter lichaam en het weg te nemen van een kouder lichaam.

Met volledig thermodynamisch. In evenwicht hebben alle delen van een systeem van lichamen dezelfde temperatuur en de energie van T. en., uitgezonden door elk lichaam, wordt gecompenseerd door de energie van T. en geabsorbeerd door dit lichaam. andere lichamen. In dit geval geldt een gedetailleerd evenwicht voor emissie. overgangen, T. en. is in thermodynamisch. evenwicht met materie en genoemd. evenwichtsstraling (evenwicht is T. en. van een absoluut zwart lichaam). Het spectrum van evenwichtsstraling is niet afhankelijk van de aard van de materie en wordt bepaald door de stralingswet van Planck.

Voor T. en. van niet-zwarte lichamen, is de stralingswet van Kirchhoff geldig, die ze verbindt om uit te zenden. en absorberen. vaardigheden met uitstoten. het vermogen van een volledig zwart lichaam.

In aanwezigheid van LTE, de wetten van Kirchhoff en Planck-straling toepassen op de emissie en absorptie van T. en. in gassen en plasma's kunnen stralingsoverdrachtsprocessen worden bestudeerd. Deze overweging wordt veel gebruikt in de astrofysica, met name in de theorie van stellaire atmosferen.

Ultraviolette ramp- een fysieke term die de paradox van de klassieke fysica beschrijft, die erin bestaat dat het totale vermogen van thermische straling van elk verwarmd lichaam oneindig moet zijn. De paradox dankt zijn naam aan het feit dat de spectrale dichtheid van de stralingsenergie oneindig moest groeien naarmate de golflengte kleiner werd.

In feite toonde deze paradox, zo niet de interne contradictie van de klassieke natuurkunde, dan toch een uiterst scherpe (absurde) discrepantie met elementaire waarnemingen en experimenten.

Aangezien dit niet consistent is met experimentele observatie, eind XIX eeuw ontstonden er problemen bij het beschrijven van de fotometrische kenmerken van lichamen.

Het probleem is opgelost met Kwantum theorie straling van Max Planck in 1900.

De hypothese van Planck is een hypothese die op 14 december 1900 door Max Planck naar voren is gebracht en die erin bestaat dat wanneer warmtestraling niet continu wordt uitgezonden en geabsorbeerd, maar in afzonderlijke quanta (porties). Elk dergelijk deelkwantum heeft een energie die evenredig is met de frequentie ν van straling:

waarbij h of - evenredigheidscoëfficiënt, later de constante van Planck genoemd. Op basis van deze hypothese stelde hij een theoretische afleiding voor van de relatie tussen de temperatuur van een lichaam en de straling die door dit lichaam wordt uitgezonden - de formule van Planck.

Later werd de hypothese van Planck experimenteel bevestigd.