Поглинальна здатність тіла - абсолютно чорне тіло

Для опису процесу поглинання тілами випромінювання введемо спектральну поглинальну здатність тіла. Для цього, виділивши вузький інтервал частот від до. розглянемо потік випромінювання. який падає на поверхню тіла. Якщо при цьому частина цього потоку поглинається тілом, то поглощательную здатність тіла на частоті визначимо як безрозмірну величину

характеризує частку падаючого на тіло випромінювання частоти. поглинену тілом.

Досвід показує, що будь-яке реальне тіло поглинає випромінювання різних частот по різному в залежності від його температури. Тому спектральна поглинальна здатність тіла є функцією частоти. вид якої змінюється при зміні температури тіла.

За своїм визначенням поглощательная здатність тіла не може бути більшим за одиницю. При цьому тіло, у якого поглощательная здатність менше одиниці і однакова по всьому діапазону частот, називають сірим тілом.

Особливе місце в теорії теплового випромінювання займає абсолютно чорне тіло. Так Г.Кірхгоф назвав тіло, у якого на всіх частотах і при будь-яких температурах поглощательная здатність дорівнює одиниці. Реальне тіло завжди відображає частину енергії падаючого на нього випромінювання (рис. 1.2). Навіть сажа наближається за властивостями до абсолютно чорного тіла лише в оптичному діапазоні.

1 - абсолютно чорне тіло; 2 - сіре тіло; 3 - реальне тіло

Абсолютно чорне тіло є еталонним тілом в теорії теплового випромінювання. І, хоча в природі немає абсолютно чорного тіла, досить просто реалізувати модель, для якої поглощательная здатність на всіх частотах буде дуже малий відрізнятися від одиниці. Таку модель абсолютно чорного тіла можна виготовити у вигляді замкнутої порожнини (рис. 1.3), забезпеченою малим отвором, діаметр якого значно менше поперечних розмірів порожнини. При цьому порожнину може мати практично будь-яку форму і бути виготовленої з будь-якого матеріалу.

Мале отвір має властивість майже повністю поглинати падаюче на нього випромінювання, причому зі зменшенням розміру отвору його поглинальна здатність прагне до одиниці. Дійсно, випромінювання через отвір потрапляє на стінки порожнини, частково поглинаючись ними. При малих розмірах отвору промінь повинен зазнати безліч відображень, перш ніж він зможе вийти з отвору, тобто, формально, відбитися від нього. При багаторазових повторних перевідбиттів на стінках порожнини випромінювання, що потрапило в порожнину, практично повністю поглине.

У розглянутій моделі можна вважати, що випромінювання, що падає на отвір, не відбивається, а повністю поглинається. Тому саме малому отвору і приписується властивість абсолютно чорного тіла.

Відзначимо, що якщо стінки порожнини підтримувати при деякій температурі. то отвір буде випромінювати, і це випромінювання з великим ступенем точності можна вважати випромінюванням абсолютно чорного тіла, що має температуру. Досліджуючи розподіл енергії цього випромінювання по спектру oC.Ленглі, Е.Прінгсгейм, О.Люммер, Ф.Курлбаум і ін.), Можна експериментально визначити іспускательной здатності абсолютно чорного тіла і. Результати таких експериментів при різних значеннях температури наведені на рис. 1.4.

чорний тіло теплової випромінювання

З цих міркувань випливає, що поглинальна здатність і колір тіла взаємопов'язані.