ДЖЕРЕЛА І ПРИЙМАЧІ ОПТИЧНОГО ВИПРОМІНЮВАННЯ
1. Теплове випромінювання
Однією з форм енергії є оптичне випромінювання, виникнення якого пов'язане із зміною енергетичних станів електронів в атомі, а також з коливальним або обертальним рушенням молекул, що входять до складу випромінюючого тіла. Оптичне випромінювання включає теплове (температурне) і люмінесцентне випромінювання.
Під тепловим випромінюванням розуміють випромінювання, яке виникає внаслідок теплового збудження атомів і молекул. Воно випускається всіма тілами при температурах, відмінних від абсолютного нуля, і характеризується температурою тіла. Теплове випромінювання твердих і рідких тіл має безперервний спектр. Люмінесцентне випромінювання виникає при збудженні атомів і молекул речовини за рахунок будь-якого вигляду енергії, крім теплової, наприклад, енергії хімічних реакцій, електричного струму і т.д. Теплове і люмінесцентне випромінювання є некогерентний і розповсюджуються в просторі у різних напрямах. Одночасно з випущенням випромінювання кожне тіло поглинає падаюче на нього випромінювання, внаслідок чого встановлюється рівноважна температура. Спектральні випромінювальні властивості тіл характеризуються спектральною щільністю енергетичної світності, а поглинальні властивості – спектральним коефіцієнтом поглинання, який показує, яка частина падаючого на поверхню тіла монохроматичного потоку випромінювання при певній температурі і довжині хвилі поглинається. Тіло, що повністю поглинає весь падаючий потік незалежно від напряму падіння, спектрального складу і поляризації випромінювання, називають чорним тілом. Випромінювання цього джерела підкоряється законам, які застосовуються також для розрахунку випромінювання реальних тіл з використанням поправочних коефіцієнтів.
Кількісний зв'язок між процесами випущення і поглинання енергії випромінювання для будь-якого тіла встановлює закон Кирхгофа. Згідно з цим законом для певної довжини хвилі при даній температурі відношення спектральної щільності енергетичної світності до спектрального коефіцієнта поглинання є величина постійна для будь-яких тіл незалежно від їх природи і форми:
.
Оскільки для чорного тіла , то із закону Кірхгофа випливає, що спектральна щільність
,
тобто чим вище коефіцієнт поглинання тіла, тим кращим випромінювачем воно є.
Розподіл енергії в спектрі випромінювання чорного тіла описується законом Планка:
, (1)
де - постійна, рівна ; - постійна, рівна ; - основа натурального логарифма.
Криві розподіли спектральної щільності енергетичної світності, розраховані по формулі Планка, представлені на рис. 1. Для цих кривих довжина хвилі в мікрометрах, відповідна найбільшій спектральній щільності
; (2)
. (3)
Закон Стефана Больцмана описує залежність між енергетичною світністю чорного тіла і його температурою:
,
де . Оскільки випромінювання чорного тіла підкоряється закону Ламберта, то
.
Для обчислення спектральної щільності енергетичної світности формулу (1) записують з використанням відносних величин і :
, (4)
де ; .
Формулу (4) називають рівнянням єдиної ізотермічної кривої, яка може бути представлена у вигляді єдиного графіка або таблиці значень . ............
