Закон излучения Кирхгофа - отношение излучательной способности любого тела к его поглощательной способности одинаково для всех тел при данной температуре для данной частоты и не зависит от их формы, химического состава и проч. Этот закон был установлен немецким физиком Г.Р. Кирхгофом в 1859 году.
Известно, что при падении электромагнитного излучения на некоторое
тело часть его отражается, часть поглащается и часть может
пропускаться. Доля поглощаемого излучения на данной частоте называется поглощательной способностью тела . С другой стороны, каждое нагретое тело излучает энергию по некоторому закону , именуемым излучательной способностью тела. Согласно закону излучения Кирхгофа справедливо следующее выражение:
Здесь - универсальная функция частоты и температуры, именуемая излучательной способностью абсолютно чёрного тела.
По определению, абсолютно чёрное тело поглощает всё падающее на него излучение, т.е.
= 1. Реальные тела имеют поглощательную способность меньшую единицы, а
значит, в соответствии с законом Кирхгофа, и меньшую чем у абсолютно
чёрного тела излучательную способность при той же температуре на той же
частоте.
Закон Кирхгофа объясняет хорошо известные экспериментальные факты:
- вещество излучает сильнее на тех частотах, на которых сильнее поглощает;
- хорошо поглощающее тело одновременно является интенсивно излучающим.
Если предположить, что коэффициент поглощения тела не зависит от
частоты (серое тело), тогда при переизлучении энергии не происходит её
перераспределения по частотам и спектр серго тела имеет такой же вид,
как и у абсолютно чёрного тела.
Применения закона Кирхгофа
В астрофизике
В астрофизике закон Кирхгофа часто применяется в следующем виде:
- ,
где jν - коэффициент излучения (энергия, излучаемая единичным объёмом в единичном интервале частот в единичный телесный угол за единицу времени); αν - коэффициент поглощения с учётом вынужденного испускания (αν = χνρ = 1 / lν, где ρ- плотность вещества, а χν и lν - соответственно непрозрачность и эффективная длина пробега фотонов для частоты ν); Bν(T) - интенсивность излучения абсолютно чёрного тела.
Закона Кирхгофа справедлив только для случаев теплового равновесия.
Однако, его часто применяют и для неравновесных систем, когда излучение
не находится равновесии с веществом и его распределение по частотам
существенно отличается от планковского. При этом часто (но не всегда),
предположение о термодинамическом равновесии
между частицами излучающего вещества оказывается хорошим приближением.
Степень отклонения от закона Кирхгофа может служить мерой отличия
излучения космических объектов от теплового.
|