Luminozitate energetică. Radiația termică Relația legii lui Stefan Boltzmann dintre luminozitatea energetică r e și densitatea spectrală a luminozității energetice a unui corp negru

Luminozitatea energetică a corpului- - o mărime fizică care este o funcție de temperatură și este numeric egală cu energia emisă de un corp pe unitatea de timp dintr-o unitate de suprafață în toate direcțiile și pe întregul spectru de frecvență. J/s m²=W/m²

Densitatea spectrală a luminozității energetice- o funcție de frecvență și temperatură care caracterizează distribuția energiei radiației pe întregul spectru de frecvențe (sau lungimi de undă). , O funcție similară poate fi scrisă în termeni de lungime de undă

Se poate dovedi că densitatea spectrală luminozitatea energetică, exprimată în termeni de frecvență și lungime de undă, sunt legate prin relația:

Absolut corp negru - o idealizare fizică folosită în termodinamică, un corp care absoarbe toată radiația electromagnetică incidentă asupra lui în toate domeniile și nu reflectă nimic. În ciuda numelui, un corp complet negru poate emite el însuși radiații electromagnetice de orice frecvență și are vizual culoare. Spectrul de radiații al unui corp absolut negru este determinat doar de temperatura acestuia.

Importanța unui corp absolut negru în problema spectrului de radiație termică a oricăror corpuri (gri și colorate) în general, pe lângă faptul că reprezintă cel mai simplu caz non-trivial, constă și în faptul că întrebarea a spectrului de radiație termică de echilibru a corpurilor de orice culoare și coeficient de reflexie este redusă prin metodele termodinamicii clasice la problema radiației unui corp absolut negru (și din punct de vedere istoric acest lucru se făcea deja până la sfârșitul secolului al XIX-lea, când problema radiaţiei unui corp absolut negru a apărut în prim plan).

Corpurile absolut negre nu există în natură, așa că în fizică se folosește un model pentru experimente. Este o cavitate închisă cu o mică gaură. Lumina care intră prin această gaură va fi, după reflexii repetate, complet absorbită, iar exteriorul găurii va apărea complet negru. Dar când această cavitate este încălzită, își va dezvolta propria radiație vizibilă. Din moment ce radiația emisă pereții interiori cavitatea, înainte de a ieși (la urma urmei, gaura este foarte mică), în marea majoritate a cazurilor va suferi o cantitate imensă de absorbție și radiație nouă, atunci putem spune cu încredere că radiația din interiorul cavității este în echilibru termodinamic cu zidurile. (De fapt, gaura nu este deloc importantă pentru acest model, este nevoie doar de a sublinia observabilitatea fundamentală a radiației din interior; gaura poate fi, de exemplu, complet închisă și deschisă rapid numai atunci când echilibrul a fost deja stabilit. iar măsurarea se efectuează).

2. Legea radiației lui Kirchhoff- o lege fizică stabilită de fizicianul german Kirchhoff în 1859. ÎN formulare modernă suna legea în felul următor: Raportul dintre emisivitatea oricărui corp și absorbtivitatea sa este același pentru toate corpurile la o anumită temperatură pentru o anumită frecvență și nu depinde de forma lor, compoziție chimicăși așa mai departe.

Se știe că la cădere radiatie electromagnetica pe o parte a corpului este reflectată, o parte este absorbită și o parte poate fi transmisă. Se numește fracția de radiație absorbită la o frecvență dată capacitatea de absorbție corp Pe de altă parte, fiecare corp încălzit emite energie conform unei legi numite emisivitatea corpului.

Valorile și pot varia foarte mult atunci când se deplasează de la un corp la altul, cu toate acestea, conform legii lui Kirchhoff a radiațiilor, raportul dintre abilitățile de emisie și de absorbție nu depinde de natura corpului și este o funcție universală a frecvenței ( lungime de undă) și temperatură:

Prin definiție, un corp absolut negru absoarbe toate radiațiile incidente pe el, adică pentru el. Prin urmare, funcția coincide cu emisivitatea unui corp absolut negru, descrisă de legea Stefan-Boltzmann, în urma căreia emisivitatea oricărui corp poate fi găsită doar pe baza capacității sale de absorbție.

legea Stefan-Boltzmann- legea radiației corpului negru. Determină dependența puterii de radiație a unui corp absolut negru de temperatura acestuia. Enunțul legii: Puterea de radiație a unui corp absolut negru este direct proporțională cu aria suprafeței și cu a patra putere a temperaturii corpului: P = Sεσ T 4, unde ε este gradul de emisivitate (pentru toate substanțele ε< 1, для абсолютно черного тела ε = 1).

Folosind legea lui Planck pentru radiație, constanta σ poate fi definită ca unde - constanta lui Planck, k - constanta Boltzmann, c- viteza luminii.

Valoarea numerică J s −1 m −2 K −4.

Fizicianul german W. Wien (1864-1928), bazându-se pe legile termo- și electrodinamicii, a stabilit dependența lungimii de undă l max corespunzătoare maximului funcției r l , T , asupra temperaturii T. Conform legea deplasării lui Wien,l max =b/T

adică lungimea de undă l max corespunzătoare valorii maxime a densității spectrale a luminozității energetice rl, T corp negru, este invers proporțional cu temperatura termodinamică, b- Constanta lui Wien: valoarea sa experimentală este 2,9 10 -3 m K. Prin urmare, expresia (199.2) se numește lege decalaje Defectul este că arată o schimbare în poziția maximului funcției rl, T pe măsură ce temperatura crește în regiunea lungimilor de undă scurte. Legea lui Wien explică de ce, pe măsură ce temperatura corpurilor încălzite scade, radiația cu undă lungă domină din ce în ce mai mult în spectrul lor (de exemplu, tranziția căldurii albe la căldura roșie atunci când un metal se răcește).

În ciuda faptului că legile Stefan-Boltzmann și Wien joacă, în teoria radiației termice rol important, sunt legi private, din moment ce nu dau imagine de ansamblu distributia energiei dupa frecventa la diferite temperaturi.

3. Lăsați pereții acestei cavități să reflecte complet lumina care cade asupra lor. Să plasăm un corp în cavitate care va emite energie luminoasă. Un câmp electromagnetic va apărea în interiorul cavității și, în cele din urmă, va fi umplut cu radiații care se află într-o stare de echilibru termic cu corpul. Echilibrul va apărea și în cazul în care într-un fel schimbul de căldură al corpului studiat cu mediul înconjurător este complet eliminat (de exemplu, vom efectua acest experiment mental în vid, când nu există fenomene de conductivitate termică și convecție). Numai prin procesele de emisie și absorbție a luminii se va atinge echilibrul: corpul radiant va avea o temperatură egală cu temperatura radiației electromagnetice care umple izotrop spațiul din interiorul cavității, iar fiecare parte selectată a suprafeței corpului va emite ca multă energie pe unitatea de timp pe măsură ce absoarbe. În acest caz, echilibrul trebuie să apară indiferent de proprietățile corpului plasat în interiorul unei cavități închise, care influențează totuși timpul necesar stabilirii echilibrului. Densitatea de energie a câmpului electromagnetic din cavitate, așa cum se va arăta mai jos, în stare de echilibru este determinată numai de temperatură.

Pentru a caracteriza radiația termică de echilibru, nu numai densitatea volumetrică de energie este importantă, ci și distribuția acestei energii pe spectru. Prin urmare, vom caracteriza radiația de echilibru care umple izotropic spațiul din interiorul cavității folosind funcția u ω - densitatea radiației spectrale, adică energia medie pe unitate de volum câmp electromagnetic, distribuită în intervalul de frecvență de la ω la ω + δω și raportată la valoarea acestui interval. Evident sensul uω ar trebui să depindă semnificativ de temperatură, așa că o notăm u(ω, T). Densitatea totală de energie U(T) asociat cu u(ω, T) formulă.

Strict vorbind, conceptul de temperatură este aplicabil numai pentru radiația termică de echilibru. În condiții de echilibru, temperatura trebuie să rămână constantă. Cu toate acestea, conceptul de temperatură este adesea folosit și pentru a caracteriza corpurile incandescente care nu sunt în echilibru cu radiația. Mai mult, cu o modificare lentă a parametrilor sistemului, în orice perioadă de timp este posibilă caracterizarea temperaturii acestuia, care se va schimba lent. Deci, de exemplu, dacă nu există un aflux de căldură și radiația se datorează unei scăderi a energiei corpului luminos, atunci temperatura acestuia va scădea și ea.

Să stabilim o legătură între emisivitatea unui corp complet negru și densitatea spectrală a radiației de echilibru. Pentru a face acest lucru, calculăm fluxul de energie incident pe o singură zonă situată în interiorul unei cavități închise umplute cu energie electromagnetică. densitate medie U ω . Fie ca radiația să cadă pe o unitate de suprafață în direcția determinată de unghiurile θ și ϕ (Fig. 6a) în unghiul solid dΩ:

Deoarece radiația de echilibru este izotropă, o fracție care se propagă într-un unghi solid dat este egală cu energia totală care umple cavitatea. Fluxul de energie electromagnetică care trece printr-o unitate de suprafață pe unitatea de timp

Înlocuirea dΩ expresie și integrând peste ϕ în limitele (0, 2π) și peste θ în limitele (0, π/2), obținem fluxul total de energie incident pe o unitate de suprafață:

Evident, în condiții de echilibru este necesar să se echivaleze expresia (13) a emisivității unui corp absolut negru. rω, care caracterizează fluxul de energie emis de platformă într-un interval de frecvență unitar apropiat de ω:

Astfel, se arată că emisivitatea unui corp complet negru, până la un factor de c/4, coincide cu densitatea spectrală a radiației de echilibru. Egalitatea (14) trebuie să fie satisfăcută pentru fiecare componentă spectrală a radiației, prin urmare rezultă că f(ω, T)= u(ω, T) (15)

În concluzie, subliniem că radiația unui corp negru absolut (de exemplu, lumina emisă de o mică gaură dintr-o cavitate) nu va mai fi în echilibru. În special, această radiație nu este izotropă, deoarece nu se propagă în toate direcțiile. Dar distribuția energiei pe spectru pentru o astfel de radiație va coincide cu densitatea spectrală a radiației de echilibru care umple izotrop spațiul din interiorul cavității. Acest lucru ne permite să folosim relația (14), care este valabilă la orice temperatură. Nicio altă sursă de lumină nu are o distribuție similară a energiei pe tot spectrul. De exemplu, o descărcare electrică în gaze sau o strălucire sub influența reacțiilor chimice au spectre care sunt semnificativ diferite de strălucirea unui corp absolut negru. Distribuția energiei în spectrul corpurilor incandescente diferă, de asemenea, semnificativ de strălucirea unui corp absolut negru, care era mai mare prin compararea spectrelor unei surse de lumină obișnuite (lămpi cu incandescență cu filament de wolfram) și a unui corp absolut negru.

4. Pe baza legii echidistribuției energiei pe grade de libertate: pentru fiecare oscilație electromagnetică există, în medie, o energie care este suma a două părți kT. O jumătate este contribuită de componenta electrică a undei, iar a doua de componenta magnetică. În sine, radiația de echilibru într-o cavitate poate fi reprezentată ca un sistem de unde staționare. Numărul de unde staționare în spațiul tridimensional este dat de:

În cazul nostru, viteza v ar trebui setat egal c, în plus, două unde electromagnetice cu aceeași frecvență, dar cu polarizări reciproc perpendiculare, se pot deplasa în aceeași direcție, atunci (1) în plus ar trebui înmulțit cu doi:

Deci, Rayleigh și Jeans, energie a fost atribuită fiecărei vibrații. Înmulțind (2) cu , obținem densitatea de energie care cade pe intervalul de frecvență dω:

Cunoașterea relației dintre emisivitatea unui corp complet negru f(ω, T) cu densitatea de echilibru a energiei radiației termice, pt f(ω, T) aflăm: Se numesc expresiile (3) și (4). Formula Rayleigh-Jeans.

Formulele (3) și (4) sunt de acord satisfăcător cu datele experimentale numai pentru lungimi de undă mai scurte, acordul cu experimentul diverge brusc. Mai mult, integrarea (3) peste ω în intervalul de la 0 la pentru densitatea de energie de echilibru u(T) dă la infinit mare importanță. Acest rezultat, numit dezastru ultraviolete, contrazice în mod evident experimentul: echilibrul dintre radiații și corpul radiant ar trebui stabilit când valorile finale u(T).

Dezastru ultraviolet- un termen fizic care descrie un paradox fizica clasica, constând în faptul că puterea totală a radiației termice a oricărui corp încălzit ar trebui să fie infinită. Paradoxul și-a primit numele datorită faptului că densitatea de putere spectrală a radiației ar fi trebuit să crească la infinit pe măsură ce lungimea de undă se scurta. În esență, acest paradox a arătat, dacă nu inconsecvența internă a fizicii clasice, atunci cel puțin o discrepanță extrem de ascuțită (absurdă) cu observațiile elementare și experimentul.

5. Ipoteza lui Planck- o ipoteză înaintată la 14 decembrie 1900 de Max Planck și care afirmă că în timpul radiației termice energia este emisă și absorbită nu continuu, ci în cuante (porțiuni) separate. Fiecare astfel de porțiune cuantică are energie , proporțional cu frecvența ν radiatii:

Unde h sau - coeficientul de proporționalitate, numit mai târziu constanta lui Planck. Pe baza acestei ipoteze, el a propus o derivare teoretică a relației dintre temperatura unui corp și radiația emisă de acest corp - formula lui Planck.

Formula lui Planck- expresie pentru densitatea de putere spectrală a radiației corpului negru, care a fost obținută de Max Planck. Pentru densitatea energiei radiațiilor u(ω, T):

Formula lui Planck a fost obținută după ce a devenit clar că formula Rayleigh-Jeans descrie în mod satisfăcător radiația doar în regiunea undelor lungi. Pentru a deriva formula, Planck în 1900 a presupus că radiația electromagnetică este emisă sub formă de porțiuni individuale de energie (quanta), a cărei magnitudine este legată de frecvența radiației prin expresia:

Coeficientul de proporționalitate a fost numit ulterior constanta lui Planck, = 1,054 · 10 −27 erg s.

Pentru a explica proprietățile radiației termice a fost necesară introducerea conceptului de emisie a radiației electromagnetice în porțiuni (quanta). Natura cuantică a radiațiilor este confirmată și de existența unei limite de lungimi de undă scurte în spectrul de raze X bremsstrahlung.

Radiația de raze X apare atunci când ținte solide sunt bombardate de electroni rapizi. Aici anodul este format din W, Mo, Cu, Pt - metale grele refractare sau cu conductivitate termică ridicată. Doar 1–3% din energia electronilor este folosită pentru radiație, restul este eliberat la anod sub formă de căldură, astfel încât anozii sunt răciți cu apă. Odată ajunși în substanța anodică, electronii experimentează o inhibiție puternică și devin o sursă undele electromagnetice(Raze X).

viteza de pornire electronul care lovește anodul este determinat de formula:

Unde U– tensiune de accelerare.

>Emisia vizibilă se observă numai cu o decelerare bruscă a electronilor rapizi, începând de la U~ 50 kV, în timp ce ( Cu- viteza luminii). În acceleratoarele de electroni cu inducție - betatroni, electronii dobândesc energie de până la 50 MeV, = 0,99995 Cu. Direcționând astfel de electroni către o țintă solidă, obținem radiații de raze X cu o lungime de undă scurtă. Această radiație are o mare putere de penetrare. Conform electrodinamicii clasice, atunci când un electron decelerează, ar trebui să apară radiație de toate lungimile de undă de la zero la infinit. Lungimea de undă la care are loc puterea maximă de radiație ar trebui să scadă pe măsură ce viteza electronului crește. Totuși există diferenta fundamentala din teoria clasică: distribuțiile de putere zero nu merg la origine, ci se rup la valori finite - asta este capătul cu lungime de undă scurtă a spectrului de raze X.

S-a stabilit experimental că

Existența limitei undelor scurte decurge direct din natura cuantică a radiației. Într-adevăr, dacă radiația are loc din cauza energiei pierdute de electron în timpul frânării, atunci energia cuantumului nu poate depăși energia electronului UE, adică , de aici sau .

În acest experiment putem determina constanta lui Planck h. Dintre toate metodele de determinare a constantei lui Planck, metoda bazată pe măsurarea limitei lungimii de undă scurtă a spectrului de raze X bremsstrahlung este cea mai precisă.

7. Efect foto- aceasta este emisia de electroni dintr-o substanță sub influența luminii (și, în general, a oricărei radiații electromagnetice). În substanțele condensate (solide și lichide) există un efect fotoelectric extern și intern.

Legile efectului fotoelectric:

Formulare Prima lege a efectului fotoelectric: numărul de electroni emiși de lumină de pe suprafața unui metal pe unitatea de timp la o frecvență dată este direct proporțional cu fluxul de lumină care iluminează metalul.

Conform A doua lege a efectului fotoelectric, energia cinetică maximă a electronilor ejectați de lumină crește liniar cu frecvența luminii și nu depinde de intensitatea acesteia.

A treia lege a efectului fotoelectric: pentru fiecare substanță există o limită roșie a efectului fotoelectric, adică frecvența minimă a luminii ν 0 (sau lungimea de undă maximă λ 0), la care efectul fotoelectric este încă posibil, iar dacă ν 0, atunci efectul fotoelectric nu mai este posibil. apare.

Explicația teoretică a acestor legi a fost dată în 1905 de Einstein. Potrivit acesteia, radiația electromagnetică este un flux de cuante individuale (fotoni) cu energie hν fiecare, unde h este constanta lui Planck. Cu efectul fotoelectric, o parte din radiația electromagnetică incidentă este reflectată de suprafața metalului, iar o parte pătrunde în stratul de suprafață al metalului și este absorbită acolo. După ce a absorbit un foton, electronul primește energie de la acesta și, îndeplinind o funcție de lucru, părăsește metalul: hν = O ieşire + Noi, Unde Noi- energia cinetică maximă pe care o poate avea un electron la părăsirea metalului.

Din legea conservării energiei, atunci când reprezintă lumina sub formă de particule (fotoni), formula lui Einstein pentru efectul fotoelectric urmează: hν = O ieşire + Ek

Unde O ieşire- așa-zisul funcția de lucru (energia minimă necesară pentru a îndepărta un electron dintr-o substanță), Ek este energia cinetică a electronului emis (în funcție de viteză, energia cinetică a unei particule relativiste poate fi calculată sau nu), ν este frecvența a fotonului incident cu energie hν, h- Constanta lui Planck.

Funcția de lucru- diferența dintre energia minimă (măsurată de obicei în electron volți) care trebuie să fie transmisă unui electron pentru îndepărtarea lui „directă” din volumul unui corp solid și energia Fermi.

Chenarul „roșu” al efectului foto- frecvența minimă sau lungimea de undă maximă λ max lumină, la care efectul fotoelectric extern este încă posibil, adică energia cinetică inițială a fotoelectronilor este mai mare decât zero. Frecvența depinde doar de funcția de ieșire O ieşire electron: , unde O ieşire- funcția de lucru pentru un fotocatod specific, h este constanta lui Planck și Cu- viteza luminii. Funcția de lucru O ieşire depinde de materialul fotocatodului și de starea suprafeței acestuia. Emisia fotoelectronilor începe imediat ce lumina de frecvență sau lungime de undă λ incide pe fotocatod.

.

EMISIA ȘI ABSORȚIA ENERGIEI

ATOMI ȘI MOLECULE

ÎNTREBĂRI PENTRU CLASA PE TEMA:

1. Radiația termică. Principalele sale caracteristici: fluxul de radiații Ф, luminozitatea (intensitatea) energetică R, densitatea spectrală a luminozității energetice r λ; coeficientul de absorbție α, coeficientul de absorbție monocromatic α λ. Corp absolut negru. legea lui Kirchhoff.

2. Spectrele de radiații termice ale a.ch.t. (programa). Natura cuantică a radiației termice (ipoteza lui Planck; nu este nevoie să ne amintim formula pentru ε λ). Dependența spectrului a.ch.t. asupra temperaturii (grafic). Legea vinului. Legea Stefan-Boltzmann pentru a.ch.t. (fără ieșire) și pentru alte organisme.

3. Structura învelișurilor electronice ale atomilor. Niveluri de energie. Emisia de energie în timpul tranzițiilor între nivelurile de energie. formula lui Bohr ( pentru frecvență și pentru lungime de undă). Spectrele atomilor. Spectrul unui atom de hidrogen. Seria spectrală. Concept general despre spectrele moleculelor și materiei condensate (lichide, solide). Conceptul de analiză spectrală și utilizarea sa în medicină.

4. Luminescența. Tipuri de luminescență. Fluorescență și fosforescență. Rolul nivelurilor metastabile. Spectre de luminescență. regula Stokes. Analiza luminiscentă și utilizarea sa în medicină.

5. Legea absorbției luminii (legea lui Bouguer; concluzie). Transmisanța τ și densitate optica D. Determinarea concentraţiei soluţiilor prin absorbţia luminii.

Lucrări de laborator: „înregistrarea spectrului de absorbție și determinarea concentrației soluției cu ajutorul unui fotoelectrocolorimetru”.

LITERATURĂ:

Obligatoriu: A.N.Remizov. "Fizica medicala si biologica", M., " facultate„, 1996, cap. 27, §§ 1–3; Capitolul 29, §§ 1,2

• suplimentar: Emisia și absorbția energiei de către atomi și molecule, prelegere, risografie, ed. departament, 2002

DEFINIȚII ȘI FORMULE DE BAZĂ

1. Radiația termică

Toate corpurile chiar și fără niciuna influență externă emit unde electromagnetice. Sursa de energie pentru această radiație este mișcarea termică a particulelor care alcătuiesc corpul, motiv pentru care se numește Radiație termala. La temperaturi mari(aproximativ 1000 K sau mai mult) această radiație cade parțial în domeniul luminii vizibile, cu mai mult temperaturi scăzute Sunt emise raze infraroșii, iar la niveluri foarte scăzute - unde radio.

Fluxul de radiație F - Acest puterea de radiație emisă de sursă, sau energia radiației emisă pe unitatea de timp: Ф = Р = ; unitate de curgere - watt.

Luminozitate energetică R - Acest flux de radiație care este emis de pe o unitate de suprafață a unui corp: ; unitate de luminozitate energetică - W.m –2 .

Densitatea spectrală a luminozității energetice r λ - Acest raportul dintre luminozitatea energetică a unui corp într-un interval mic de lungime de undă (ΔR λ ) la valoarea acestui interval Δ λ:

Dimensiunea r λ – W.m - 3

Corp absolut negru (a.b.t.) numit t a mancat carecomplet absoarbe radiațiile incidente. Nu există astfel de corpuri în natură, dar un model bun de a.ch.t. este o gaură mică într-o cavitate închisă.

Capacitatea corpurilor de a absorbi radiațiile incidente caracterizează coeficient de absorbție α , acesta este raportul dintre fluxul de radiație absorbit și incident: .

Coeficientul de absorbție monocromatic este valoarea coeficientului de absorbție măsurată într-un interval spectral îngust în jurul unei anumite valori λ.

Legea lui Kirchhoff: la temperatura constanta raportul dintre densitatea spectrală a luminozității energetice la o anumită lungime de undă și coeficientul de absorbție monocromatic la aceeași lungime de undă la fel pentru toate corpurile și este egală cu densitatea spectrală a luminozității energetice a a.b.t. la această lungime de undă:

(uneori r λ A.Ch.T înseamnă ε λ)

Un corp complet negru absoarbe și emite radiații toate lungimile de unda, De aceea spectrul de a.h.t. mereu solidă. Tipul acestui spectru depinde de temperatura corpului. Pe măsură ce temperatura crește, în primul rând, luminozitatea energetică crește semnificativ; În al doilea rând, lungime de undă corespunzătoare radiației maxime(λ max ) , se deplasează către lungimi de undă mai scurte :, unde b ≈ 29090 µm.K -1 ( legea lui Wien).

Legea Stefan-Boltzmann: luminozitatea energetică a a.h.t. proporţional cu puterea a patra a temperaturii corpului pe scara Kelvin: R = σT 4

2. Emisia de energie de către atomi și molecule

După cum se știe, în învelișul de electroni a unui atom, energia unui electron poate lua doar valori strict definite, caracteristice unui atom dat. Cu alte cuvinte, ei spun asta electronul poate fi localizat doar pe anumiteniveluri de energie. Când un electron este la un anumit nivel de energie, nu își schimbă energia, adică nu absoarbe și nu emite lumină. La trecerea de la un nivel la altul energia electronului se modifică și în același timp absorbite sau emisecuantumul luminii (foton).Energia unui cuantum este egală cu diferența de energii ale nivelurilor între care are loc tranziția: E QUANTUM = hν = E n – E m unde n și m sunt numere de nivel (formula Bohr).

Tranziții de electroni între diferite niveluriapar cu probabilități diferite. În unele cazuri, probabilitatea de tranziție este foarte aproape de zero; linii spectrale corespunzătoare în conditii normale nu sunt respectate. Astfel de tranziții sunt numite interzisă.

În multe cazuri, energia unui electron nu poate fi convertită în energie cuantică, ci mai degrabă convertită în energia mișcării termice a atomilor sau moleculelor. Se numesc astfel de tranziții neradiativ.

Pe lângă probabilitatea de tranziție, luminozitatea liniilor spectrale este direct proporțională cu numărul de atomi ai substanței emițătoare. Această dependență stă la baza analiza spectrală cantitativă.
3. Luminescență

Luminescență suna oricare Nu Radiație termala. Sursele de energie pentru această radiație pot fi diferite în consecință, despre care vorbesc tipuri diferite luminescență. Cele mai importante dintre ele sunt: chemiluminiscenţă- strălucire care apare la un anumit moment reacții chimice; bioluminescență– aceasta este chemiluminiscența în organismele vii; catodoluminiscență - strălucesc sub influența unui flux de electroni, care este utilizat în tuburile de imagine de televiziune, tuburile cu raze catodice, lămpile cu gaz etc.; electroluminiscență– strălucire care apare într-un câmp electric (cel mai adesea în semiconductori). Cel mai vedere interesantă luminescența este fotoluminiscență. Acesta este un proces în care atomii sau moleculele absorb lumina (sau radiația UV) într-un interval de lungimi de undă și o emit în altul (de exemplu, absorb razele albastre și emit pe cele galbene). În acest caz, substanța absoarbe cuante cu energie relativ mare hν 0 (cu o lungime de undă scurtă). Atunci electronul s-ar putea să nu revină imediat la nivelul solului, ci să treacă mai întâi la nivelul intermediar, apoi la nivelul solului (pot fi mai multe niveluri intermediare). În cele mai multe cazuri, unele tranziții sunt neradiative, adică energia electronilor este convertită în energia mișcării termice. Prin urmare, energia cuantelor emise în timpul luminiscenței va fi mai mică decât energia cuantei absorbite. Lungimile de undă ale luminii emise trebuie să fie mai mari decât lungimea de undă a luminii absorbite. Dacă ceea ce s-a spus este formulat în vedere generala, primim lege Stokes : spectrul de luminescență este deplasat către unde mai lungi în raport cu spectrul de radiație care provoacă luminescență.

Există două tipuri de substanțe luminiscente. În unele, strălucirea se oprește aproape instantaneu după ce lumina incitantă este stinsă. Acest Pe termen scurt strălucirea se numește fluorescenţă.

În substanțele de alt tip, după stingerea luminii excitante, strălucirea se estompează treptat(după legea exponenţială). Acest termen lung strălucirea se numește fosforescenţă. Motivul strălucirii lungi este că atomii sau moleculele unor astfel de substanțe conțin niveluri metastabile.Metastabil Acest nivel de energie este numit în care electronii pot rămâne mult mai mult decât la niveluri normale. Prin urmare, durata fosforescenței poate fi de minute, ore și chiar zile.
4. Legea absorbției luminii (legea lui Bouguer)

Când un flux de radiație trece printr-o substanță, aceasta își pierde o parte din energia (energia absorbită se transformă în căldură). Legea absorbției luminii se numește Legea lui Bouguer: Ф = Ф 0 ∙ e – κ λ · L ,

unde Ф 0 este debitul incident, Ф este debitul care trece printr-un strat de substanță cu grosimea L; se numeste coeficientul κ λ natural rata de absorbție ( magnitudinea sa depinde de lungimea de undă) . Pentru calcule practice ei preferă în schimb logaritmi naturali folosiți zecimale. Atunci legea lui Bouguer ia forma: Ф = Ф 0 ∙ 10 – k λ ∙ L ,

unde k λ – zecimal rata de absorbtie.

Transmisie denumește cantitatea

Densitatea optică D - aceasta este cantitatea definită de egalitate: . O putem spune altfel: densitatea optică D este o mărime care se află în exponent în formula legii lui Bouguer: D = k λ ∙ L

Pentru soluțiile majorității substanțelor densitatea optică este direct proporțională cu concentrația substanței dizolvate:D = χ λ ∙ C∙ L ;

coeficient χ λ se numește rata de absorbție molară(dacă concentrația este dată în moli) sau rata de absorbție specifică(dacă concentrația este indicată în grame). Din ultima formulă obținem: Ф = Ф 0 ∙10 - χ λ ∙ C ∙ L(lege Bugera–Bera)

Aceste formule stau la baza celor mai comune în laboratoarele clinice și biochimice metoda de determinare a concentratiilor de substante dizolvate prin absorbtie de lumina.

PROBLEME DE TIP DE PREDARE CU SOLUȚII

(În viitor, pentru concizie, vom scrie pur și simplu „sarcini de antrenament”)

Obiectivul de învățare #1

Un încălzitor electric (radiator) emite un flux raze infrarosii 500 W. Suprafața radiatorului este de 3300 cm2. Aflați energia emisă de radiator în 1 oră și luminozitatea energetică a radiatorului.

Dat: Găsi

Ф = 500 W W și R

t = 1 oră = 3600 s

S = 3300 cm2 = 0,33 m2

Soluţie:

Fluxul de radiație Ф este puterea de radiație sau energia emisă pe unitatea de timp: . De aici

W = F t = 500 W 3600 s = 18 10 5 J = 1800 kJ

Obiectivul de învățare #2

La ce lungime de undă este maximă radiația termică a pielii umane (adică r λ = max)? Temperatura pielii pe părțile expuse ale corpului (față, mâini) este de aproximativ 30 o C.

Dat: Găsi:

Т = 30 о С = 303 К λ max

Soluţie:

Inlocuim datele in formula Wien: ,

adică aproape toată radiația se află în domeniul IR al spectrului.

Obiectivul de învățare #3

Electronul este la un nivel de energie cu o energie de 4.7.10 –19 J

Când a fost iradiat cu lumină cu o lungime de undă de 600 nm, sa mutat la un nivel de energie mai înalt. Găsiți energia acestui nivel.

Soluţie:

Obiectivul de învățare #4

Valoarea zecimală a absorbției de apă pentru lumina soarelui egal cu 0,09 m –1. Ce fracție de radiație va atinge adâncimea L = 100 m?

Dat Găsi:

k = 0,09 m – 1

Soluţie:

Să notăm legea lui Bouguer: . Fracția de radiație care atinge adâncimea L este, evident,

adică o miliardime din lumina soarelui va atinge o adâncime de 100 m.
Obiectivul de învățare #5

Lumina trece secvenţial prin două filtre. Primul are o densitate optică D 1 = 0,6; al doilea are D 2 = 0,4. Ce procent din fluxul de radiații va trece prin acest sistem?

Dat: Găsiți:

D 1 = 0,6 (în %%)

Soluţie:

Începem soluția cu un desen al acestui sistem

SF-1 SF-2

Găsiți Ф 1: Ф 1 = Ф 0 10 – D 1

În mod similar, fluxul care trece prin al doilea filtru de lumină este egal cu:

Ф 2 = Ф 1 10 – D 2 = Ф 0 10 – D 1 10 – D 2 = Ф 0 10 – (D 1 + D 2)

Rezultatul obtinut are sens general : dacă lumina trece secvenţial printr-un sistem de mai multe obiecte,densitatea optică totală va fi egală cu suma densităților optice ale acestor obiecte .

În condițiile problemei noastre, un flux de F 2 = 100%∙10 – (0,6 + 0,4) = 100%∙10 – 1 = 10% va trece printr-un sistem de două filtre de lumină

Obiectivul de învățare #6

Conform legii Bouguer-Baer, ​​este posibil, în special, să se determine concentrația de ADN. În regiunea vizibilă soluții acizi nucleici transparente, dar absorb puternic în partea UV a spectrului; Maximul de absorbție este de aproximativ 260 nm. Este evident că tocmai în această regiune a spectrului trebuie măsurată absorbția radiațiilor; în acest caz, sensibilitatea și acuratețea măsurării vor fi cele mai bune.

Condițiile problemei: La măsurarea absorbției razelor UV cu o lungime de undă de 260 nm de către o soluție de ADN, fluxul de radiație transmis a fost atenuat cu 15%. Lungimea traseului fasciculului în cuva cu soluția „x” este de 2 cm. Indicele de absorbție molar (zecimal) pentru ADN la o lungime de undă de 260 nm este 1.3.10 5 mol – 1.cm 2 Aflați concentrația de ADN în. soluția.

Dat:

Ф 0 = 100%; F = 100% – 15% = 85% Găsi: Cu ADN

x = 2 cm; λ = 260 nm

χ 260 = 1.3.10 5 mol –1 .cm 2

Soluţie:

(am „întors” fracția pentru a scăpa de indicator negativ grade). . Acum să facem logaritm: , și ; înlocuim:

0,07 și C = 2,7,10 – 7 mol/cm3

fi atent la sensibilitate crescută metodă!

SARCINI PENTRU SOLUȚIE INDEPENDENTĂ
Când rezolvați probleme, luați valorile constantelor:

b = 2900 pm.K; σ = 5,7,10 – 8 W.K 4; h = 6,6,10 – 34 J.s; c = 3,10 8 m.s –1

1. Care este luminozitatea energetică a suprafeței corpului uman dacă radiația maximă are loc la o lungime de undă de 9,67 microni? Pielea poate fi considerată un corp absolut negru.

2. Două becuri au exact același design, cu excepția faptului că într-unul filamentul este din wolfram pur (α = 0,3), iar în celălalt este acoperit cu negru de platină (α = 0,93). Ce bec are mai mult flux de radiații? De câte ori?

3. În ce zone ale spectrului se află lungimile de undă corespunzătoare densității spectrale maxime a luminozității energetice dacă sursa de radiație este: a) spirala unui bec electric (T = 2.300 K); b) suprafața Soarelui (T = 5.800 K); c) suprafața globului de foc a unei explozii nucleare în momentul în care temperatura acesteia este de aproximativ 30.000 K? Diferența în proprietățile acestor surse de radiații față de a.ch.t. neglijare.

4. Un corp metalic încins, a cărui suprafață este de 2,10 - 3 m 2, la o temperatură a suprafeței de 1000 K emite un flux de 45,6. mar. Care este coeficientul de absorbție al suprafeței acestui corp?

5. Becul are o putere de 100 W. Suprafața filamentului este de 0,5,10 - 4 m 2. Temperatura filamentului este de 2400 K. Care este coeficientul de absorbție al suprafeței filamentului?

6. La o temperatură a pielii de 27 0 C, din fiecare centimetru pătrat al suprafeței corpului se emite 0,454 W. Este posibil (cu o precizie de nu mai puțin de 2%) să considerăm pielea ca fiind un corp absolut negru?

7. În spectrul unei stele albastre, emisia maximă corespunde unei lungimi de undă de 0,3 microni. Care este temperatura de suprafață a acestei stele?

8. Ce energie radiază într-o oră un corp cu o suprafață de 4.000 cm 2?

la o temperatură de 400 K, dacă coeficientul de absorbție al corpului este de 0,6?

9. Placa (A) are o suprafață de 400 cm 2 ; coeficientul său de absorbție este de 0,4. O altă placă (B) cu o suprafață de 200 cm 2 are un coeficient de absorbție de 0,2. Temperatura plăcilor este aceeași. Ce placă emite mai multă energie și cu cât?

10 – 16. Analiza spectrală calitativă. Pe baza spectrului de absorbție al unuia dintre compusi organici, ale căror spectre

sunt prezentate în figură, determinați ce grupuri funcționale fac parte din această substanță, Folosiți datele din tabel:

Grup; tipul conexiunii	Lungimi de undă absorbite, microni	Grup, tip de conexiune	Absorbit lungimi de undă, µm
-EL	2,66 – 2,98	-NH4	7,0 – 7,4
-NH	2,94 – 3,0	-SH	7,76
 CH	3,3	-CF	8,3
-N  N	4,67	-NH2	8,9
-C=N	5,94	-NU	12,3
-N=N	6,35	-SO 2	19,2
-CN 2	6,77	-C=O	23,9

10 – graficul a); 11 – graficul b); 12 – graficul c); 13 – graficul d);

14 – graficul d); 15 – graficul f); 16 – graficul g).

Fiți atenți la ce valoare pe grafic este reprezentată pe axa verticală!

17. Lumina trece secvenţial prin două filtre de lumină cu coeficienţi de transmisie de 0,2 şi 0,5. Ce procent de radiație va ieși dintr-un astfel de sistem?

18. Lumina trece secvenţial prin două filtre cu densităţi optice de 0,7 şi 0,4. Ce procent de radiație va trece printr-un astfel de sistem?

19. Pentru a vă proteja împotriva radiațiilor luminoase ale unei explozii nucleare, aveți nevoie de ochelari care atenuează lumina de cel puțin un milion de ori. Sticla din care doresc sa faca astfel de ochelari are o densitate optica de 3 cu o grosime de 1 mm Ce grosime de sticla trebuie luata pentru a obtine rezultatul dorit?

20 Pentru a proteja ochii atunci când lucrați cu un laser, este necesar ca un flux de radiații care să nu depășească 0,0001% din fluxul creat de laser să poată pătrunde în ochi. Ce densitate optică ar trebui să aibă ochelarii pentru a asigura siguranța?

Temă generală pentru problemele 21 – 28 (analiza cantitativa):

Figura prezintă spectrele de absorbție ale soluțiilor colorate ale unor substanțe. În plus, problemele indică valorile lui D (densitatea optică a soluției la lungimea de undă corespunzătoare absorbției maxime a luminii) și X(grosimea cuvei). Aflați concentrația soluției.

Fiți atenți la unitățile în care rata de absorbție este indicată pe grafic.

21. Graficul a). D = 0,8 x = 2 cm

22. Graficul b). D = 1,2 x = 1 cm

... 23. Graficul c). D = 0,5 x = 4 cm

24. Graficul d). D = 0,25 x = 2 cm

25 Anexa d). D = 0,4 x = 3 cm

26. Graficul e) D = 0,9 x = 1 cm

27. Graficul g). D = 0,2 x = 2 cm

Deci, ce este radiația termică?

Radiația termică este radiația electromagnetică care apare din cauza energiei mișcării de rotație și vibrație a atomilor și moleculelor dintr-o substanță. Radiația termică este caracteristică tuturor corpurilor care au o temperatură peste zero absolut.

Radiația termică a corpului uman aparține domeniului infraroșu al undelor electromagnetice. O astfel de radiație a fost descoperită pentru prima dată de astronomul englez William Herschel. În 1865, fizicianul englez J. Maxwell a demonstrat că radiația infraroșie este de natură electromagnetică și este formată din unde cu lungimea de 760 nm până la 1-2 mm. Cel mai adesea, întreaga gamă de radiații IR este împărțită în zone: aproape (750 nm-2.500nm), medie (2.500 nm - 50.000nm) și pe distanță lungă (50.000 nm-2.000.000nm).

Să luăm în considerare cazul când corpul A este situat în cavitatea B, care este limitată de o înveliș C ideală reflectorizant (impenetrabilă la radiații) (Fig. 1). Ca urmare a reflexiilor multiple din suprafata interioara cochilie, radiația va fi stocată în cavitatea oglinzii și parțial absorbită de corpul A. În astfel de condiții, cavitatea sistemului B - corpul A nu va pierde energie, dar va exista doar un schimb continuu de energie între corpul A și radiația care umple cavitatea B.

Fig.1. Reflexia multiplă a undelor termice de pe pereții oglinzii din cavitatea B

Dacă distribuția energiei rămâne neschimbată pentru fiecare lungime de undă, atunci starea unui astfel de sistem va fi de echilibru, iar radiația va fi de asemenea echilibrată. Singurul tip de radiație de echilibru este termică. Dacă din anumite motive echilibrul dintre radiații și corp se schimbă, atunci astfel de evenimente încep să apară. procese termodinamice, care va readuce sistemul la o stare de echilibru. Dacă corpul A începe să emită mai mult decât absoarbe, atunci corpul începe să piardă energia internă și temperatura corpului (ca măsură energie interna) va începe să scadă, ceea ce va reduce cantitatea de energie emisă. Temperatura corpului va scădea până când cantitatea de energie emisă este egală cu cantitatea de energie absorbită de organism. Astfel, va apărea o stare de echilibru.

Radiația termică de echilibru are următoarele proprietăți: omogenă (aceeași densitate a fluxului de energie în toate punctele cavității), izotropă ( directii posibile propagarea este la fel de probabilă), nepolarizat (direcțiile și valorile vectorilor de intensitate a câmpului electric și magnetic în toate punctele cavității se schimbă haotic).

Principalele caracteristici cantitative ale radiației termice sunt:

- luminozitate energetică este cantitatea de energie a radiației electromagnetice din întreaga gamă de lungimi de undă ale radiației termice care este emisă de un corp în toate direcțiile dintr-o unitate de suprafață pe unitatea de timp: R = E/(S t), [J/(m 2 s)] = [W /m 2 ] Luminozitatea energiei depinde de natura corpului, de temperatura corpului, de starea suprafeței corpului și de lungimea de undă a radiației.

- densitatea luminozității spectrale - luminozitatea energetică a unui corp pentru lungimi de undă date (λ + dλ) la o temperatură dată (T + dT): R λ,T = f(λ, T).

Luminozitatea energetică a unui corp în anumite lungimi de undă este calculată prin integrarea R λ,T = f(λ, T) pentru T = const:

- coeficient de absorbție - raportul dintre energia absorbită de organism și energia incidentă. Deci, dacă radiația dintr-un flux dФ inc cade pe un corp, atunci o parte a acesteia este reflectată de suprafața corpului - dФ neg, cealaltă parte trece în corp și se transformă parțial în căldură dФ abs, iar a treia parte după mai multe reflexii interne- trece prin corp spre exterior dФ pr: α = dФ abs/dФ cade.

Coeficientul de absorbție α depinde de natura corpului absorbant, lungimea de undă a radiației absorbite, temperatura și starea suprafeței corpului.

- coeficientul de absorbție monocromatic- coeficientul de absorbție al radiației termice de o lungime de undă dată la o temperatură dată: α λ,T = f(λ,T)

Printre corpuri există corpuri care pot absorbi toată radiația termică de orice lungime de undă care cade asupra lor. Astfel de corpuri care absorb ideal sunt numite corpuri absolut negre. Pentru ei α =1.

Există și corpuri gri pentru care α<1, но одинаковый для всех длин волн инфракрасного диапазона.

Modelul cu corp negru este o deschidere mică, cu o carcasă rezistentă la căldură. Diametrul găurii nu este mai mare de 0,1 din diametrul cavității. La o temperatură constantă, din gaură este emisă o parte de energie, corespunzătoare luminozității energetice a unui corp absolut negru. Dar gaura neagră este o idealizare. Dar legile radiațiilor termice ale corpului negru ajută la apropierea de modele reale.

2. Legile radiației termice

1. Legea lui Kirchhoff. Radiația termică este echilibru - cantitatea de energie emisă de un corp este cât de mult este absorbită de acesta. Pentru trei corpuri situate într-o cavitate închisă putem scrie:

Relația indicată va fi adevărată și atunci când unul dintre corpuri este AC:

Deoarece pentru corpul negru α λT .
Aceasta este legea lui Kirchhoff: raportul dintre densitatea spectrală a luminozității energetice a unui corp și coeficientul său de absorbție monocromatic (la o anumită temperatură și pentru o anumită lungime de undă) nu depinde de natura corpului și este egal pentru toate corpurile cu densitatea spectrală a luminozității energetice la aceeași temperatură și lungime de undă.

Corolare din legea lui Kirchhoff:
1. Luminozitatea energetică spectrală a corpului negru este o funcție universală a lungimii de undă și a temperaturii corpului.
2. Luminozitatea energetică spectrală a corpului negru este cea mai mare.
3. Luminozitatea energiei spectrale a unui corp arbitrar este egală cu produsul dintre coeficientul său de absorbție și luminozitatea energiei spectrale a unui corp absolut negru.
4. Orice corp la o anumită temperatură emite unde de aceeași lungime de undă pe care o emite la o anumită temperatură.

Un studiu sistematic al spectrelor unui număr de elemente a permis lui Kirchhoff și Bunsen să stabilească o legătură clară între spectrele de absorbție și emisie ale gazelor și individualitatea atomilor corespunzători. Deci s-a sugerat analiza spectrală, cu ajutorul căruia se pot identifica substanțe a căror concentrație este de 0,1 nm.

Distribuția densității spectrale a luminozității energetice pentru un corp absolut negru, corp gri, corp arbitrar. Ultima curbă are mai multe maxime și minime, ceea ce indică selectivitatea emisiei și absorbției unor astfel de corpuri.

2. Legea Stefan-Boltzmann.
În 1879, oamenii de știință austrieci Joseph Stefan (experimental pentru un corp arbitrar) și Ludwig Boltzmann (teoretic pentru un corp negru) au stabilit că luminozitatea energetică totală pe întregul interval de lungimi de undă este proporțională cu puterea a patra a temperaturii absolute a corpului:

3. Legea vinului.
Fizicianul german Wilhelm Wien a formulat în 1893 o lege care determină poziția densității spectrale maxime a luminozității energetice a unui corp în spectrul de radiații al corpului negru în funcție de temperatură. Conform legii, lungimea de undă λ max, care reprezintă densitatea spectrală maximă a luminozității energetice a corpului negru, este invers proporțională cu temperatura sa absolută T: λ max = В/t, unde В = 2,9*10 -3 m·K este constanta lui Wien.

Astfel, odată cu creșterea temperaturii, se modifică nu numai energia radiației totale, ci și forma însăși a curbei de distribuție a densității spectrale a luminozității energetice. Odată cu creșterea temperaturii, densitatea spectrală maximă se deplasează către lungimi de undă mai scurte. Prin urmare, legea lui Wien se numește legea deplasării.

Se aplică legea vinului în pirometria optică- o metodă de determinare a temperaturii din spectrul de radiații al corpurilor puternic încălzite care sunt îndepărtate de observator. Această metodă a determinat prima dată temperatura Soarelui (pentru 470 nm T = 6160 K).

Legile prezentate nu ne-au permis să găsim teoretic ecuații pentru distribuția densității spectrale a luminozității energetice pe lungimi de undă. Lucrările lui Rayleigh și Jeans, în care oamenii de știință au studiat compoziția spectrală a radiației corpului negru pe baza legile fizicii clasice, au condus la dificultăți fundamentale numite catastrofa ultravioletă. În domeniul undelor UV, luminozitatea energetică a corpului negru ar fi trebuit să ajungă la infinit, deși în experimente a scăzut la zero. Aceste rezultate contrazic legea conservării energiei.

4. Teoria lui Planck. Un om de știință german în 1900 a înaintat ipoteza că corpurile nu emit continuu, ci în porțiuni separate - cuante. Energia cuantică este proporțională cu frecvența radiației: E = hν = h·c/λ, unde h = 6,63*10 -34 J·s constanta lui Planck.

Ghidat de idei despre radiația cuantică a corpului negru, el a obținut o ecuație pentru densitatea spectrală a luminozității energetice a corpului negru:

Această formulă este în conformitate cu datele experimentale pe întregul interval de lungimi de undă la toate temperaturile.

Soarele este principala sursă de radiație termică în natură. Radiația solară ocupă o gamă largă de lungimi de undă: de la 0,1 nm la 10 m sau mai mult. 99% din energia solară apare în intervalul de la 280 la 6000 nm. Pe unitatea de suprafață a suprafeței Pământului, în munți există de la 800 la 1000 W/m2. O parte de două miliarde de căldură ajunge la suprafața pământului - 9,23 J/cm2. Pentru intervalul de radiații termice de la 6000 la 500000 nm reprezintă 0,4% din energia solară. În atmosfera Pământului, cea mai mare parte a radiațiilor infraroșii este absorbită de molecule de apă, oxigen, azot și dioxid de carbon. Raza radio este, de asemenea, în mare parte absorbită de atmosferă.

Cantitatea de energie pe care razele solare o aduc pe 1 s pe o suprafață de 1 mp, situată în afara atmosferei terestre la o altitudine de 82 km perpendiculară pe razele soarelui se numește constantă solară. Este egal cu 1,4 * 10 3 W/m2.

Distribuția spectrală a densității fluxului normal al radiației solare coincide cu cea pentru corpul negru la o temperatură de 6000 de grade. Prin urmare, Soarele în raport cu radiația termică este un corp negru.

3. Radiația din corpurile reale și corpul uman

Radiația termică de la suprafața corpului uman joacă un rol important în transferul de căldură. Există astfel de metode de transfer de căldură: conductivitate termică (conducție), convecție, radiație, evaporare. În funcție de condițiile în care se află o persoană, fiecare dintre aceste metode poate avea un rol dominant (de exemplu, la temperaturi ambientale foarte ridicate, rolul principal aparține evaporării, iar în apă rece - conducție și o temperatură a apei de 15 grade este un mediu letal pentru persoana goală, iar după 2-4 ore survine leșinul și moartea din cauza hipotermiei creierului). Ponderea radiațiilor în transferul total de căldură poate varia de la 75 la 25%. În condiții normale, aproximativ 50% în repaus fiziologic.

Radiația termică, care joacă un rol în viața organismelor vii, este împărțită în lungimi de undă scurte (de la 0,3 la 3). µm)și lungime de undă lungă (de la 5 la 100 µm). Sursa de radiație cu unde scurte este Soarele și flacăra deschisă, iar organismele vii sunt exclusiv receptore ale unor astfel de radiații. Radiația cu undă lungă este atât emisă, cât și absorbită de organismele vii.

Valoarea coeficientului de absorbție depinde de raportul dintre temperaturile mediului și corpului, zona de interacțiune a acestora, orientarea acestor zone și pentru radiația cu unde scurte - de culoarea suprafeței. Astfel, doar 18% din radiația cu unde scurte se reflectă la negri, în timp ce la oamenii din rasa albă este de aproximativ 40% (cel mai probabil, culoarea pielii negrilor în evoluție nu a avut nimic de-a face cu transferul de căldură). Pentru radiațiile cu undă lungă, coeficientul de absorbție este aproape de 1.

Calcularea transferului de căldură prin radiație este o sarcină foarte dificilă. Legea Stefan-Boltzmann nu poate fi folosită pentru corpurile reale, deoarece acestea au o dependență mai complexă a luminozității energetice de temperatură. Se dovedește că depinde de temperatură, de natura corpului, de forma corpului și de starea suprafeței sale. Odată cu o modificare a temperaturii, se modifică coeficientul σ și exponentul temperaturii. Suprafața corpului uman are o configurație complexă, persoana poartă haine care modifică radiația, iar procesul este afectat de postura în care se află persoana.

Pentru un corp cenușiu, puterea de radiație în întregul domeniu este determinată de formula: P = α d.t. σ·T 4 ·S Considerând, cu anumite aproximări, corpurile reale (pielea umană, țesăturile de îmbrăcăminte) ca fiind apropiate de corpurile gri, putem găsi o formulă de calcul a puterii de radiație a corpurilor reale la o anumită temperatură: P = α· σ·T 4 ·S În diferite condiții temperaturi ale corpului radiant și ale mediului: P = α·σ·(T 1 4 - T 2 4)·S
Există caracteristici ale densității spectrale a luminozității energetice a corpurilor reale: la 310 LA, care corespunde temperaturii medii a corpului uman, radiația termică maximă are loc la 9700 nm. Orice modificare a temperaturii corpului duce la o modificare a puterii radiației termice de la suprafața corpului (0,1 grade este suficient). Prin urmare, studiul zonelor pielii conectate prin sistemul nervos central la anumite organe ajută la identificarea bolilor, în urma cărora temperatura se schimbă destul de semnificativ ( termografia zonelor Zakharyin-Ged).

O metodă interesantă de masaj fără contact cu biocâmpul uman (Juna Davitashvili). Puterea radiației termice a palmei 0,1 W, iar sensibilitatea termică a pielii este de 0,0001 W/cm2. Dacă acționați asupra zonelor menționate mai sus, puteți stimula în mod reflex activitatea acestor organe.

4. Efectele biologice și terapeutice ale căldurii și frigului

Corpul uman emite și absoarbe în mod constant radiații termice. Acest proces depinde de temperatura corpului uman și a mediului. Radiația infraroșie maximă a corpului uman este la 9300 nm.

Cu doze mici și medii de iradiere IR, procesele metabolice sunt îmbunătățite și reacțiile enzimatice, procesele de regenerare și reparare sunt accelerate.

Ca urmare a acțiunii razelor infraroșii și radiațiilor vizibile, în țesuturi se formează substanțe biologic active (bradikinină, kalidină, histamină, acetilcolină, în principal substanțe vasomotorii, care joacă un rol în implementarea și reglarea fluxului sanguin local).

Ca urmare a acțiunii razelor infraroșii, sunt activați termoreceptorii din piele, informații din care sunt trimise către hipotalamus, în urma cărora vasele de sânge ale pielii se dilată, volumul de sânge care circulă în ele crește și transpirația. crește.

Adâncimea de penetrare a razelor infraroșii depinde de lungimea de undă, umiditatea pielii, umplerea acesteia cu sânge, gradul de pigmentare etc.

Eritemul roșu apare pe pielea umană sub influența razelor infraroșii.

Se foloseste in practica clinica pentru a influenta hemodinamica locala si generala, creste transpiratia, relaxeaza muschii, reduce durerea, accelera resorbtia hematoamelor, infiltratelor etc.

În condiții de hipertermie, efectul antitumoral al radioterapiei — termoradioterapia — este sporit.

Principalele indicații pentru utilizarea terapiei IR: procese inflamatorii acute non-purulente, arsuri și degerături, procese inflamatorii cronice, ulcere, contracturi, aderențe, leziuni ale articulațiilor, ligamentelor și mușchilor, miozite, mialgii, nevralgii. Principalele contraindicații: tumori, inflamații purulente, sângerări, insuficiență circulatorie.

Răceala este folosită pentru a opri sângerarea, pentru a calma durerea și pentru a trata anumite boli ale pielii. Întărirea duce la longevitate.

Sub influența frigului, ritmul cardiac și tensiunea arterială scad, iar reacțiile reflexe sunt inhibate.

În anumite doze, frigul stimulează vindecarea arsurilor, rănilor purulente, ulcerelor trofice, eroziunilor și conjunctivitei.

Criobiologie- studiază procesele care au loc în celule, țesuturi, organe și organism sub influența temperaturilor scăzute, nefiziologice.

Folosit în medicină crioterapieȘi hipertermie. Crioterapia include metode bazate pe răcirea dozată a țesuturilor și organelor. Criochirurgia (parte a crioterapiei) folosește înghețarea locală a țesuturilor în scopul îndepărtării acestora (parte a amigdalei. Dacă toate - crioamigdalectomia. Tumorile pot fi îndepărtate, de exemplu, pielea, colul uterin etc.) Crioextracția bazată pe crioadeziune (adeziunea de corpuri umede la un bisturiu înghețat ) - separarea unei părți de un organ.

Cu hipertermie, este posibil să se păstreze funcțiile organelor in vivo pentru o perioadă de timp. Hipotermia cu ajutorul anesteziei este utilizată pentru a menține funcția organelor în absența alimentării cu sânge, deoarece metabolismul țesuturilor încetinește. Țesuturile devin rezistente la hipoxie. Se folosește anestezie la rece.

Efectul căldurii se realizează folosind lămpi cu incandescență (lampă Minin, Solux, baie luminoasă-termă, lampă cu raze IR) folosind medii fizice care au capacitate termică mare, conductivitate termică slabă și capacitate bună de reținere a căldurii: noroi, parafină, ozocherită, naftalina etc.

5. Bazele fizice ale termografiei

Termografia, sau imagistica termică, este o metodă de diagnostic funcțională bazată pe înregistrarea radiațiilor infraroșii din corpul uman.

Există 2 tipuri de termografie:

- termografie colesterică de contact: Metoda folosește proprietățile optice ale cristalelor lichide colesterice (amestecuri multicomponente de esteri și alți derivați ai colesterolului). Astfel de substanțe reflectă selectiv diferite lungimi de undă, ceea ce face posibilă obținerea de imagini ale câmpului termic al suprafeței corpului uman pe filme ale acestor substanțe. Un flux de lumină albă este direcționat spre film. Diferite lungimi de undă sunt reflectate diferit de peliculă în funcție de temperatura suprafeței pe care se aplică colestericul.

Sub influența temperaturii, colesterica își poate schimba culoarea de la roșu la violet. Ca urmare, se formează o imagine color a câmpului termic al corpului uman, care este ușor de descifrat, cunoscând relația temperatură-culoare. Există colesterice care vă permit să înregistrați o diferență de temperatură de 0,1 grade. Astfel, este posibil să se determine limitele procesului inflamator, focare de infiltrație inflamatorie în diferite stadii de dezvoltare a acestuia.

În oncologie, termografia face posibilă identificarea ganglionilor metastatici cu un diametru de 1,5-2 mmîn glanda mamară, piele, glanda tiroidă; în ortopedie și traumatologie, evaluați aportul de sânge pentru fiecare segment al membrului, de exemplu, înainte de amputare, anticipați adâncimea arsurii etc.; în cardiologie și angiologie, identificați tulburările în funcționarea normală a sistemului cardiovascular, tulburările circulatorii datorate bolii vibrațiilor, inflamația și blocarea vaselor de sânge; vene varicoase etc.; în neurochirurgie, determinați localizarea leziunilor de conducere nervoasă, confirmați localizarea neuroparaliziei cauzate de apoplexie; în obstetrică și ginecologie, determinați sarcina, localizarea locului copilului; diagnosticați o gamă largă de procese inflamatorii.

- Teletermografie - se bazează pe conversia radiațiilor infraroșii de la corpul uman în semnale electrice care sunt înregistrate pe ecranul unei camere termice sau al unui alt dispozitiv de înregistrare. Metoda este fără contact.

Radiația IR este percepută de un sistem de oglinzi, după care razele IR sunt direcționate către receptorul de unde IR, a cărui parte principală este detectorul (fotorezistor, bolometru de metal sau semiconductor, termoelement, indicator fotochimic, convertor electron-optic, piezoelectric). detectoare etc.).

Semnalele electrice de la receptor sunt transmise către un amplificator, iar apoi către un dispozitiv de control, care servește la mutarea oglinzilor (scanarea unui obiect), la încălzirea unei surse de lumină punctiforme TIS (proporțională cu radiația termică) și la mutarea filmului fotografic. De fiecare dată filmul este iluminat cu TIS în funcție de temperatura corpului la locul de studiu.

După dispozitivul de control, semnalul poate fi transmis către un sistem informatic cu afișaj. Acest lucru vă permite să stocați termograme și să le procesați folosind programe analitice. Capacitățile suplimentare sunt oferite de camerele termice color (culorile similare ca temperatură sunt indicate în culori contrastante) și pot fi desenate izoterme.

Multe companii au recunoscut recent faptul că „a ajunge” la un potențial client este uneori destul de dificilă;
Vânzările active prin telefon devin una dintre cele mai eficiente modalități de a crește vânzările într-un timp scurt. Cold calling are ca scop atragerea de clienți care nu au aplicat anterior pentru un produs sau serviciu, dar pentru o serie de factori sunt potențiali clienți. După ce a format numărul de telefon, managerul de vânzări activ trebuie să înțeleagă clar scopul apelului la rece. La urma urmei, convorbirile telefonice necesită abilități și răbdare deosebite din partea managerului de vânzări, precum și cunoașterea tehnicilor și metodelor de negociere.

Luminozitatea energetică a corpului R T, este numeric egal cu energia W, emisă de corp pe toată gama de lungimi de undă (0 pe unitatea de suprafață corporală, pe unitatea de timp, la temperatura corpului T, adică

Emisivitatea corpului rl,T egal numeric cu energia corpului dWl, emisă de un corp dintr-o unitate de suprafață a corpului, pe unitatea de timp la temperatura corpului T, în intervalul de lungimi de undă de la l la l +dl, acestea.

Această cantitate se mai numește și densitatea spectrală a luminozității energetice a corpului.

Luminozitatea energetică este legată de emisivitate prin formulă

Absorbție corp al ,T- un număr care arată ce fracție din energia radiației incidente pe suprafața unui corp este absorbită de acesta în intervalul de lungimi de undă de la l la l +dl, acestea.

Corpul pentru care al ,T =1 pe întregul interval de lungimi de undă se numește corp negru absolut (BLB).

Corpul pentru care al ,T =const<1 pe întregul interval de lungimi de undă se numește gri.

Unde- densitatea spectrală luminozitate energetică, sau emisivitatea corpului .

Experiența arată că emisivitatea unui corp depinde de temperatura corpului (pentru fiecare temperatură radiația maximă se află în propriul interval de frecvență). Dimensiune .

Cunoscând emisivitatea, putem calcula luminozitatea energetică:

numit capacitatea de absorbție a organismului . Depinde foarte mult și de temperatură.

Prin definiție, nu poate fi mai mare de unu. Pentru un corp care absoarbe complet radiația de toate frecvențele, . Un astfel de corp este numit absolut negru (aceasta este o idealizare).

Un corp pentru care și este mai mic decât unitatea pentru toate frecvențele,numit corp gri (este si aceasta o idealizare).

Există o anumită legătură între capacitatea de emisie și cea de absorbție a unui corp. Să realizăm mental următorul experiment (Fig. 1.1).

Orez. 1.1

Să fie trei corpuri în interiorul unei învelișuri închise. Corpurile sunt în vid, prin urmare schimbul de energie poate avea loc numai prin radiație. Experiența arată că un astfel de sistem va atinge, după un timp, o stare de echilibru termic (toate corpurile și învelișul vor avea aceeași temperatură).

În această stare, un corp cu emisivitate mai mare pierde mai multă energie pe unitatea de timp, dar, prin urmare, acest corp trebuie să aibă și o capacitate de absorbție mai mare:

Gustav Kirchhoff a formulat în 1856 lege și a sugerat model de corp negru .

Raportul dintre emisivitate și absorbție nu depinde de natura corpului, este același pentru toate corpurile(universal)funcţie de frecvenţă şi temperatură.

,

(1.2.3)

Unde - funcția universală Kirchhoff.

Această funcție are un caracter universal sau absolut.

Cantitățile în sine și, luate separat, se pot schimba extrem de puternic la trecerea de la un corp la altul, dar raportul lor în mod constant pentru toate corpurile (la o frecvență și temperatură date).

Pentru un corp absolut negru, deci, pentru el, i.e. Funcția universală Kirchhoff nu este altceva decât emisivitatea unui corp complet negru.

Corpurile absolut negre nu există în natură. Negrul de funingine sau de platină are capacitate de absorbție, dar numai într-un interval de frecvență limitat. Cu toate acestea, o cavitate cu o gaură mică este foarte aproape în proprietățile sale de un corp complet negru. Un fascicul care intră în interior este în mod necesar absorbit după reflexii multiple și un fascicul de orice frecvență (Fig. 1.2).

Orez. 1.2

Emisivitatea unui astfel de dispozitiv (cavitate) este foarte aproape de f(ν, ,T). Astfel, dacă pereții cavității sunt menținuți la o temperatură T, apoi radiația iese din gaură, foarte apropiată ca compoziție spectrală de radiația unui corp absolut negru la aceeași temperatură.

Prin descompunerea acestei radiații într-un spectru, se poate găsi forma experimentală a funcției f(ν, ,T)(Fig. 1.3), la diferite temperaturi T 3 > T 2 > T 1 .

Orez. 1.3

Aria acoperită de curbă conferă luminozitatea energetică a unui corp negru la temperatura corespunzătoare.

Aceste curbe sunt aceleași pentru toate corpurile.

Curbele sunt similare cu funcția de distribuție a vitezei moleculare. Dar acolo zonele acoperite de curbe sunt constante, dar aici odată cu creșterea temperaturii aria crește semnificativ. Acest lucru sugerează că compatibilitatea energetică depinde în mare măsură de temperatură. Radiație maximă (emisivitate) odată cu creșterea temperaturii schimburi spre frecvenţe mai înalte.

Legile radiațiilor termice

Orice corp încălzit emite unde electromagnetice. Cu cât temperatura corpului este mai mare, cu atât undele emite sunt mai scurte. Un corp aflat în echilibru termodinamic cu radiația sa se numește absolut negru (ACHT). Radiația unui corp complet negru depinde doar de temperatura acestuia. În 1900, Max Planck a derivat o formulă prin care, la o temperatură dată a unui corp absolut negru, se poate calcula intensitatea radiației acestuia.

Fizicienii austrieci Stefan și Boltzmann au stabilit o lege care exprimă relația cantitativă dintre emisivitatea totală și temperatura unui corp negru:

Această lege se numește Legea Stefan-Boltzmann . Constanta σ = 5,67∙10 –8 W/(m 2 ∙K 4) se numește constanta Stefan–Boltzmann .

Toate curbele Planck au un maxim vizibil pronunțat la lungimea de undă

Aceasta lege s-a numit legea lui Wien . Astfel, pentru Soare T 0 = 5.800 K, iar maximul are loc la lungimea de undă λ max ≈ 500 nm, care corespunde cu culoarea verde din domeniul optic.

Odată cu creșterea temperaturii, radiația maximă a unui corp complet negru se deplasează către partea cu lungime de undă mai scurtă a spectrului. O stea mai fierbinte emite cea mai mare parte a energiei în ultraviolete, în timp ce o stea mai rece emite cea mai mare parte a energiei în infraroșu.

Efect foto. Fotonii

Efect fotoelectric a fost descoperit în 1887 de către fizicianul german G. Hertz și studiat experimental de A. G. Stoletov în 1888–1890. Cel mai complet studiu al fenomenului efectului fotoelectric a fost realizat de F. Lenard în 1900. Până atunci, electronul fusese deja descoperit (1897, J. Thomson) și a devenit clar că efectul fotoelectric (sau mai mult mai exact, fotoefectul extern) constă în ejectarea electronilor dintr-o substanță sub influența luminii care cade asupra acesteia.

Diagrama configurației experimentale pentru studierea efectului fotoelectric este prezentată în Fig. 5.2.1.

Experimentele au folosit o sticlă de vid de sticlă cu doi electrozi metalici, a căror suprafață a fost curățată temeinic. S-a aplicat o oarecare tensiune electrozilor U, a cărui polaritate ar putea fi schimbată folosind o tastă dublă. Unul dintre electrozi (catodul K) a fost iluminat printr-o fereastră de cuarț cu lumină monocromatică de o anumită lungime de undă λ. La un flux luminos constant, a fost luată dependența puterii fotocurentului eu de la tensiunea aplicată. În fig. Figura 5.2.2 prezintă curbele tipice ale unei astfel de dependențe, obținute la două valori ale intensității fluxului luminos incident pe catod.

Curbele arată că la tensiuni pozitive suficient de mari la anodul A, fotocurentul ajunge la saturație, deoarece toți electronii ejectați din catod de lumină ajung la anod. Măsurătorile atente au arătat că curentul de saturație eu n este direct proporțional cu intensitatea luminii incidente. Când tensiunea la anod este negativă, câmpul electric dintre catod și anod inhibă electronii. Numai acei electroni a căror energie cinetică depăşeşte | UE|. Dacă tensiunea la anod este mai mică de - U h, fotocurentul se oprește. Măsurare U h, putem determina energia cinetică maximă a fotoelectronilor:

Numeroși experimentatori au stabilit următoarele principii de bază ale efectului fotoelectric:

1. Energia cinetică maximă a fotoelectronilor crește liniar odată cu creșterea frecvenței luminii ν și nu depinde de intensitatea acesteia.
2. Pentru fiecare substanță există un așa-numit chenar roșu cu efect foto , adică cea mai joasă frecvență ν min la care efectul fotoelectric extern este încă posibil.
3. Numărul de fotoelectroni emiși de lumina de la catod în 1 s este direct proporțional cu intensitatea luminii.
4. Efectul fotoelectric este practic inerțial, fotocurentul apare imediat după începerea iluminării catodului, cu condiția ca frecvența luminii ν > ν min.

Toate aceste legi ale efectului fotoelectric au contrazis fundamental ideile fizicii clasice despre interacțiunea luminii cu materia. Conform conceptelor de undă, atunci când interacționează cu o undă de lumină electromagnetică, un electron ar acumula treptat energie și ar fi nevoie de o perioadă semnificativă de timp, în funcție de intensitatea luminii, pentru ca electronul să acumuleze suficientă energie pentru a zbura din catod. După cum arată calculele, acest timp ar trebui calculat în minute sau ore. Cu toate acestea, experiența arată că fotoelectronii apar imediat după începerea iluminării catodului. În acest model a fost, de asemenea, imposibil de înțeles existența limitei roșii a efectului fotoelectric. Teoria ondulatorie a luminii nu a putut explica independența energiei fotoelectronilor de intensitatea fluxului luminos și proporționalitatea energiei cinetice maxime cu frecvența luminii.

Astfel, teoria electromagnetică a luminii nu a putut explica aceste modele.

Soluția a fost găsită de A. Einstein în 1905. O explicație teoretică a legilor observate ale efectului fotoelectric a fost dată de Einstein pe baza ipotezei lui M. Planck conform căreia lumina este emisă și absorbită în anumite porțiuni și energia fiecăreia dintre ele. porția este determinată de formulă E = hν, unde h– constanta lui Planck. Einstein a făcut următorul pas în dezvoltarea conceptelor cuantice. A concluzionat că lumina are o structură discontinuă (discretă).. O undă electromagnetică este formată din porțiuni separate - cuante, numit ulterior fotonii. Când interacționează cu materia, un foton își transferă complet toată energia hνun electron. Electronul poate disipa o parte din această energie în timpul ciocnirilor cu atomii materiei. În plus, o parte din energia electronilor este cheltuită pentru depășirea barierei de potențial de la interfața metal-vid. Pentru a face acest lucru, electronul trebuie să îndeplinească o funcție de lucru A, în funcție de proprietățile materialului catodic. Energia cinetică maximă pe care o poate avea un fotoelectron emis de catod este determinată de legea conservării energiei:

Această formulă este de obicei numită Ecuația lui Einstein pentru efectul fotoelectric .

Folosind ecuația lui Einstein, pot fi explicate toate legile efectului fotoelectric extern. Ecuația lui Einstein implică o dependență liniară a energiei cinetice maxime de frecvența și independența intensității luminii, existența unei limite roșii și efectul fotoelectric fără inerție. Numărul total de fotoelectroni care părăsesc suprafața catodului în 1 s trebuie să fie proporțional cu numărul de fotoni incidenti pe suprafață în același timp. De aici rezultă că curentul de saturație trebuie să fie direct proporțional cu intensitatea fluxului luminos.

După cum rezultă din ecuația lui Einstein, tangenta unghiului de înclinare a dreptei exprimă dependența potențialului de blocare Uз din frecvența ν (Fig. 5.2.3), egală cu raportul constantei lui Planck h la sarcina electronului e:

Unde c– viteza luminii, λ cr – lungimea de undă corespunzătoare limitei roșii a efectului fotoelectric. Majoritatea metalelor au o funcție de lucru A este de câțiva electroni volți (1 eV = 1,602·10 –19 J). În fizica cuantică, electron-voltul este adesea folosit ca unitate de măsură a energiei. Valoarea constantei lui Planck, exprimată în electroni volți pe secundă, este

Dintre metale, elementele alcaline au cea mai scăzută funcție de lucru. De exemplu, sodiu A= 1,9 eV, care corespunde limitei roșii a efectului fotoelectric λ cr ≈ 680 nm. Prin urmare, compușii metalelor alcaline sunt utilizați pentru a crea catozi în fotocelule , conceput pentru înregistrarea luminii vizibile.

Deci, legile efectului fotoelectric indică faptul că lumina, atunci când este emisă și absorbită, se comportă ca un flux de particule numit fotonii sau cuante de lumină .

Energia fotonului este

rezultă că fotonul are impuls

Astfel, doctrina luminii, după ce a încheiat o revoluție care a durat două secole, a revenit din nou la ideile de particule de lumină - corpusculi.

Dar aceasta nu a fost o întoarcere mecanică la teoria corpusculară a lui Newton. La începutul secolului al XX-lea, a devenit clar că lumina are o natură dublă. Când lumina se propagă, apar proprietățile ei de undă (interferență, difracție, polarizare), iar când interacționează cu materia apar proprietățile ei corpusculare (efect fotoelectric). Această natură duală a luminii se numește dualitate undă-particulă . Mai târziu, a fost descoperită natura duală a electronilor și a altor particule elementare. Fizica clasică nu poate oferi un model vizual al combinației de proprietăți ondulatorii și corpusculare ale micro-obiectelor. Mișcarea micro-obiectelor este guvernată nu de legile mecanicii newtoniene clasice, ci de legile mecanicii cuantice. Teoria radiației corpului negru dezvoltată de M. Planck și teoria cuantică a efectului fotoelectric a lui Einstein se află la baza acestei științe moderne.

Radiația termică a corpurilor este radiația electromagnetică care provine din acea parte a energiei interne a corpului, care este asociat cu mișcarea termică a particulelor sale.

Principalele caracteristici ale radiației termice a corpurilor încălzite la o temperatură T sunt:

1. Energie luminozitateR (T ) -cantitatea de energie emisă pe unitatea de timp de la o unitate de suprafață a unui corp, pe întregul interval de lungimi de undă. Depinde de temperatura, natura și starea suprafeței corpului radiant. În sistemul SI R ( T ) are o dimensiune [W/m2].

2. Densitatea spectrală a luminozității energeticer (  ,T) =dW/ d - cantitatea de energie emisă de o unitate de suprafață a unui corp pe unitatea de timp într-un interval unitar de lungime de undă (aproape de lungimea de undă în cauză ). Acestea. această cantitate este numeric egală cu raportul energetic dW, emisă dintr-o unitate de suprafață pe unitatea de timp într-un interval restrâns de lungimi de undă de la  inainte de  +d , la lățimea acestui interval. Depinde de temperatura corpului, lungimea de undă și, de asemenea, de natura și starea suprafeței corpului emițător. În sistemul SI r( , T) are o dimensiune [W/m 3 ].

Luminozitate energetică R(T) legat de densitatea spectrală a luminozității energetice r( , T) in felul urmator:

(1) [W/m2]

3. Toate corpurile nu numai că emit, ci și absorb unde electromagnetice incidente pe suprafața lor. Pentru a determina capacitatea de absorbție a corpurilor în raport cu undele electromagnetice de o anumită lungime de undă, se introduce conceptul coeficientul de absorbție monocromatic-raportul dintre mărimea energiei unei unde monocromatice absorbită de suprafața unui corp și mărimea energiei undei monocromatice incidente:

Coeficientul de absorbție monocromatic este o mărime adimensională care depinde de temperatură și lungimea de undă. Acesta arată ce fracție din energia unei unde monocromatice incidente este absorbită de suprafața corpului. Valoarea  ( , T) poate lua valori de la 0 la 1.

Radiația într-un sistem închis adiabatic (fără schimb de căldură cu mediul extern) se numește echilibru. Dacă creați o mică gaură în peretele cavității, starea de echilibru se va schimba ușor, iar radiația care iese din cavitate va corespunde cu radiația de echilibru.

Dacă un fascicul este îndreptat într-o astfel de gaură, atunci după reflexii repetate și absorbție pe pereții cavității, nu va putea ieși înapoi. Aceasta înseamnă că pentru o astfel de gaură coeficientul de absorbție ( , T) = 1.

Cavitatea închisă considerată cu o gaură mică servește ca unul dintre modele corp absolut negru.

Corp absolut negrueste un corp care absoarbe toate radiațiile incidente pe el, indiferent de direcția radiației incidente, de compoziția sa spectrală și de polarizare (fără a reflecta sau a transmite nimic).

Pentru un corp complet negru, densitatea luminozității spectrale este o funcție universală a lungimii de undă și a temperaturii f( , T) și nu depinde de natura sa.

Toate corpurile din natură reflectă parțial radiația incidentă pe suprafața lor și, prin urmare, nu sunt clasificate drept corpuri negre absolute. Dacă coeficientul de absorbție monocromatic al unui corp este același pt toate lungimile de undă și mai puținunitati(( , T) = Т =const<1),atunci un astfel de corp este numit gri. Coeficientul de absorbție monocromatic al unui corp cenușiu depinde numai de temperatura corpului, de natura acestuia și de starea suprafeței sale.

Kirchhoff a arătat că pentru toate corpurile, indiferent de natura lor, raportul dintre densitatea spectrală a luminozității energiei și coeficientul de absorbție monocromatic este aceeași funcție universală a lungimii de undă și a temperaturii. f( , T) , la fel ca densitatea spectrală a luminozității energetice a unui corp complet negru :

Ecuația (3) reprezintă legea lui Kirchhoff.

legea lui Kirchhoff poate fi formulat astfel: pentru toate corpurile sistemului care se află în echilibru termodinamic, raportul dintre densitatea spectrală a luminozității energiei și coeficientul Absorbția monocromatică nu depinde de natura corpului, este aceeași funcție pentru toate corpurile, în funcție de lungimea de undă si temperatura T.

Din cele de mai sus și din formula (3) este clar că la o temperatură dată acele corpuri gri care au un coeficient de absorbție mare emit mai puternic, iar corpurile absolut negre emit cel mai puternic. Deoarece pentru un corp absolut negru(  , T)=1, apoi din formula (3) rezultă că funcția universală f( , T) reprezintă densitatea de luminozitate spectrală a unui corp negru