1. Karakteristika for termisk stråling.
2. Kirchhoffs lov.
3. Lovene for sort kropsstråling.
4. Stråling fra Solen.
5. Fysisk grundlag for termografi.
6. Fototerapi. Terapeutisk brug af ultraviolet lys.
7. Grundlæggende begreber og formler.
8. Opgaver.
Af de mange forskellige elektromagnetiske strålinger, synlige eller usynlige for det menneskelige øje, kan man udpege en, der er iboende i alle legemer - dette er termisk stråling.
Termisk stråling- elektromagnetisk stråling, der udsendes af et stof og opstår på grund af dets indre energi.
Termisk stråling er forårsaget af excitation af stofpartikler under kollisioner under termisk bevægelse eller den accelererede bevægelse af ladninger (oscillationer af krystalgitterioner, termisk bevægelse af frie elektroner osv.). Det forekommer ved enhver temperatur og er iboende i alle kroppe. Et karakteristisk træk ved termisk stråling er kontinuerligt spektrum.
Intensiteten af stråling og spektral sammensætning afhænger af kropstemperaturen, så termisk stråling opfattes ikke altid af øjet som en glød. For eksempel udsender legemer opvarmet til en høj temperatur en betydelig del af energien i det synlige område, og ved stuetemperatur udsendes næsten al energien i den infrarøde del af spektret.
26.1. Karakteristika for termisk stråling
Den energi, som et legeme mister på grund af termisk stråling, er karakteriseret ved følgende størrelser.
Strålingsflux(F) - energi udsendt pr. tidsenhed fra hele kroppens overflade.
Faktisk er dette kraften i termisk stråling. Dimensionen af strålingsfluxen er [J/s = W].
Energisk lysstyrke(Re) er energien af termisk stråling, der udsendes pr. tidsenhed fra en enhedsoverflade af et opvarmet legeme:
Dimensionen af denne karakteristik er [W/m2].
Både strålingsfluxen og den energetiske lysstyrke afhænger af stoffets struktur og dets temperatur: Ф = Ф(Т), Re = Re(T).
Fordelingen af energetisk lysstyrke over spektret af termisk stråling karakteriserer den spektral tæthed. Lad os betegne energien af termisk stråling, der udsendes af en enkelt overflade på 1 s i et snævert bølgelængdeområde fra λ Før λ +d λ, via dRe.
Spektral tæthed af energisk lysstyrke(r) eller emissionsevne kaldes forholdet mellem energetisk lysstyrke i en smal del af spektret (dRe) og bredden af denne del (dλ):
Tilnærmet form for spektral tæthed og energetisk lysstyrke (dRe) i bølgelængdeområdet fra λ Før λ +d λ, vist i fig. 26.1.
Ris. 26.1. Spektral tæthed af energisk lysstyrke
Afhængigheden af den spektrale tæthed af energetisk lysstyrke på bølgelængde kaldes kroppens strålingsspektrum. Kendskab til denne afhængighed gør det muligt at beregne den energiske lysstyrke af et legeme i ethvert bølgelængdeområde:
Legemer udsender ikke kun, men absorberer også termisk stråling. Et legemes evne til at absorbere strålingsenergi afhænger af dets stof, temperatur og bølgelængde af strålingen. Kroppens absorptionsevne er karakteriseret ved monokromatisk absorptionskoefficientα.
Lad en strøm falde ned på kroppens overflade monokromatisk stråling Φ λ med bølgelængde λ. En del af dette flow reflekteres, og en del absorberes af kroppen. Lad os betegne størrelsen af den absorberede flux Φ λ abs.
Monokromatisk absorptionskoefficient α λ er forholdet mellem strålingsfluxen absorberet af et givet legeme og størrelsen af den indfaldende monokromatiske flux:
Monokromatisk absorptionskoefficient er en dimensionsløs størrelse. Dens værdier ligger mellem nul og én: 0 ≤ α ≤ 1.
Funktionen α = α(λ,T), der udtrykker den monokromatiske absorptionskoefficients afhængighed af bølgelængde og temperatur, kaldes absorptionskapacitet kroppe. Dens udseende kan være ret komplekst. De enkleste typer af absorption diskuteres nedenfor.
Ren sort krop- et legeme, hvis absorptionskoefficient er lig med enhed for alle bølgelængder: α = 1. Det absorberer al stråling, der falder ind på det.
Med hensyn til deres absorberende egenskaber er sod, sort fløjl og platinsort tæt på den absolut sorte krop. En meget god model af en sort krop er et lukket hulrum med et lille hul (O). Hulrummets vægge er sorte (fig. 26.2.
Strålen, der kommer ind i dette hul, absorberes næsten fuldstændigt efter gentagne refleksioner fra væggene. Lignende enheder
Ris. 26.2. Sort kropsmodel
bruges som lysstandarder, bruges til måling af høje temperaturer mv.
Den spektrale tæthed af energiluminositeten af et absolut sort legeme er angivet med ε(λ,Τ). Denne funktion spiller en afgørende rolle i teorien om termisk stråling. Dens form blev først etableret eksperimentelt og derefter opnået teoretisk (Plancks formel).
Helt hvid krop- et legeme, hvis absorptionskoefficient er nul for alle bølgelængder: α = 0.
Der er ingen ægte hvide kroppe i naturen, men der er kroppe, der er tæt på dem i egenskaber i et ret bredt område af temperaturer og bølgelængder. For eksempel reflekterer et spejl i den optiske del af spektret næsten alt det indfaldende lys.
Grå krop er et legeme, for hvilket absorptionskoefficienten ikke afhænger af bølgelængden: α = const< 1.
Nogle virkelige kroppe har denne egenskab i et bestemt område af bølgelængder og temperaturer. For eksempel kan menneskelig hud i det infrarøde område betragtes som "grå" (α = 0,9).
26.2. Kirchhoffs lov
Det kvantitative forhold mellem stråling og absorption blev fastslået af G. Kirchhoff (1859).
Kirchhoffs lov- holdning emissionsevne krop til hans absorptionskapacitet er ens for alle legemer og er lig med spektraltætheden af energilysstyrken for et absolut sort legeme:
Lad os bemærke nogle konsekvenser af denne lov.
1. Hvis et legeme ved en given temperatur ikke absorberer nogen stråling, så udsender det det ikke. Faktisk, hvis for
26.3. Lovene for sort kropsstråling
Lovene for sortlegemestråling blev etableret i følgende rækkefølge.
I 1879 bestemte J. Stefan eksperimentelt, og i 1884 bestemte L. Boltzmann teoretisk. energisk lysstyrke helt sort krop.
Stefan-Boltzmann lov - Den energiske lysstyrke af en fuldstændig sort krop er proportional med den fjerde potens af dens absolutte temperatur:
Værdierne af absorptionskoefficienter for nogle materialer er angivet i tabel. 26.1.
Tabel 26.1. Absorptionskoefficienter
Den tyske fysiker W. Wien (1893) opstillede en formel for den bølgelængde, hvor maksimum forekommer emissionsevne helt sort krop. Det forhold, han opnåede, blev opkaldt efter ham.
Når temperaturen stiger, er den maksimale emissivitet skifter til venstre (fig. 26.3).
Ris. 26.3. Illustration af Wiens forskydningslov
I tabel 26.2 viser farverne i den synlige del af spektret svarende til stråling fra legemer ved forskellige temperaturer.
Tabel 26.2. Farver af opvarmede kroppe
Ved hjælp af Stefan-Boltzmann- og Wien-lovene er det muligt at bestemme kroppens temperaturer ved at måle strålingen fra disse legemer. Sådan bestemmes eksempelvis soloverfladens temperatur (~6000 K), temperaturen ved epicentret af en eksplosion (~10 6 K) osv. Det generelle navn på disse metoder er pyrometri.
I 1900 modtog M. Planck en formel til beregning emissionsevne helt sort krop teoretisk. For at gøre dette måtte han opgive de klassiske ideer om kontinuitet proces med stråling af elektromagnetiske bølger. Ifølge Planck består strålingsstrømmen af separate dele - kvantum, hvis energier er proportionale med lysets frekvenser:
Ud fra formel (26.11) kan man teoretisk få Stefan-Boltzmann og Wiens love.
26.4. Stråling fra Solen
Inden for solsystemet er Solen den mest kraftfulde kilde til termisk stråling, der bestemmer livet på Jorden. Solstråling har helbredende egenskaber (helioterapi) og bruges som et middel til hærdning. Det kan også have en negativ effekt på kroppen (forbrænding, varme
Spektrene for solstråling ved grænsen af Jordens atmosfære og ved Jordens overflade er forskellige (fig. 26.4).
Ris. 26.4. Solstrålingsspektrum: 1 - ved grænsen af atmosfæren, 2 - ved jordens overflade
Ved grænsen til atmosfæren er Solens spektrum tæt på spektret af et helt sort legeme. Den maksimale emissivitet indtræder kl λ 1 maks= 470 nm (blå farve).
På Jordens overflade har solstrålingsspektret en mere kompleks form, som er forbundet med absorption i atmosfæren. Det indeholder især ikke den højfrekvente del af ultraviolet stråling, som er skadelig for levende organismer. Disse stråler absorberes næsten fuldstændigt af ozonlaget. Den maksimale emissivitet indtræder kl λ 2 maks= 555 nm (grøn-gul), hvilket svarer til den bedste øjenfølsomhed.
Fluxen af termisk stråling fra Solen ved grænsen til Jordens atmosfære bestemmer solkonstant JEG.
Fluxen, der når jordens overflade, er væsentligt mindre på grund af absorption i atmosfæren. Under de mest gunstige forhold (solen i sin zenit) overstiger den ikke 1120 W/m2. I Moskva på tidspunktet for sommersolhverv (juni) - 930 W/m2.
Både styrken af solstråling på jordens overflade og dens spektrale sammensætning afhænger mest af Solens højde over horisonten. I fig. Figur 26.5 viser udjævnede fordelingskurver for solenergi: I - uden for atmosfæren; II - når Solen er i zenit; III - i en højde på 30° over horisonten; IV - under forhold tæt på solopgang og solnedgang (10° over horisonten).
Ris. 26,5. Energifordeling i solspektret i forskellige højder over horisonten
Forskellige komponenter i solspektret passerer forskelligt gennem jordens atmosfære. Figur 26.6 viser gennemsigtigheden af atmosfæren i stor højde af Solen.
26,5. Fysisk grundlag for termografi
Menneskelig termisk stråling udgør en betydelig del af hans varmetab. Radiative tab af en person er lig med forskellen udsendes flow og absorberet miljømæssig strålingsflux. Strålingstabseffekten beregnes ved hjælp af formlen
hvor S er overfladearealet; δ - nedsat absorptionskoefficient for hud (tøj), betragtet som grå krop; T 1 - kropsoverfladetemperatur (tøj); T 0 - omgivelsestemperatur.
Overvej følgende eksempel.
Lad os beregne styrken af strålingstab fra en afklædt person ved en omgivende temperatur på 18°C (291 K). Lad os antage: kropsoverfladeareal S = 1,5 m2; hudtemperatur T 1 = 306 K (33°C). Den givne hudabsorptionskoefficient kan findes i tabellen. 26.1 (δ = 5,1*10-8 W/m2K4). Ved at erstatte disse værdier i formlen (26.11), opnår vi
P = 1,5*5,1*10 -8 * (306 4 - 291 4) ≈122 W.
Ris. 26.6. Gennemsigtighed af jordens atmosfære (i procent) for forskellige dele af spektret i store højder af Solen.
Menneskelig termisk stråling kan bruges som en diagnostisk parameter.
Termografi - en diagnostisk metode baseret på måling og registrering af termisk stråling fra overfladen af den menneskelige krop eller dens individuelle dele.
Temperaturfordelingen over et lille område af kropsoverfladen kan bestemmes ved hjælp af specielle flydende krystalfilm. Sådanne film er følsomme over for små ændringer i temperatur (skift farve). Derfor vises et termisk farve "portræt" af det område af kroppen, hvorpå det er påført, på filmen.
En mere avanceret metode er at bruge termiske kameraer, der konverterer infrarød stråling til synligt lys. Kropsstrålingen projiceres på termokameraets matrix ved hjælp af en speciel linse. Efter konverteringen dannes et detaljeret termisk portræt på skærmen. Områder med forskellige temperaturer er forskellige i farve eller intensitet. Moderne metoder gør det muligt at registrere temperaturforskelle på op til 0,2 grader.
Termiske portrætter bruges i funktionel diagnostik. Forskellige patologier af indre organer kan danne hudzoner med ændrede temperaturer på overfladen. Påvisningen af sådanne zoner indikerer tilstedeværelsen af patologi. Den termografiske metode letter differentialdiagnosen mellem benigne og ondartede tumorer. Denne metode er et objektivt middel til at overvåge effektiviteten af terapeutiske behandlinger. Under en termografisk undersøgelse af patienter med psoriasis blev det således konstateret, at der i nærvær af udtalt infiltration og hyperæmi i plaques noteres en stigning i temperaturen. Et fald i temperaturen til niveauet for de omkringliggende områder indikerer i de fleste tilfælde regression proces på huden.
En forhøjet temperatur er ofte en indikator for infektion. For at bestemme en persons temperatur skal du blot se gennem en infrarød enhed på hans ansigt og hals. For raske mennesker varierer forholdet mellem pandetemperatur og halspulsåretemperatur fra 0,98 til 1,03. Dette forhold kan bruges til ekspresdiagnostik under epidemier til at udføre karantæneforanstaltninger.
26.6. Fototerapi. Terapeutisk anvendelse af ultraviolet lys
Infrarød stråling, synligt lys og ultraviolet stråling er meget udbredt i medicin. Lad os huske deres bølgelængdeområder:
Fototerapi kaldet brug af infrarød og synlig stråling til medicinske formål.
Infrarøde stråler (som synlige) ved absorptionspunktet, der trænger ind i væv, forårsager frigivelse af varme. Dybden af penetration af infrarøde og synlige stråler i huden er vist i fig. 26.7.
Ris. 26.7. Dybde af strålingsgennemtrængning i huden
I lægepraksis anvendes specielle bestrålere som kilder til infrarød stråling (fig. 26.8).
Minins lampe Det er en glødelampe med en reflektor, der lokaliserer strålingen i den ønskede retning. Strålingskilden er en 20-60 W glødelampe lavet af farveløst eller blåt glas.
Let-termisk bad Det er en halvcylindrisk ramme bestående af to halvdele, der er bevægeligt forbundet med hinanden. På den indre overflade af rammen, vendt mod patienten, er der monteret glødelamper med en effekt på 40 W. I sådanne bade udsættes det biologiske objekt for infrarød og synlig stråling samt opvarmet luft, hvis temperatur kan nå 70°C.
Sollux lampe Det er en kraftig glødelampe placeret i en speciel reflektor på et stativ. Strålingskilden er en 500 W glødelampe (tungsten glødetrådstemperatur 2.800°C, maksimal stråling forekommer ved en bølgelængde på 2 μm).
Ris. 26.8. Bestrålere: Minin-lampe (a), lys-varmebad (b), Sollux-lampe (c)
Terapeutisk anvendelse af ultraviolet lys
Ultraviolet stråling, der anvendes til medicinske formål, er opdelt i tre områder:
Når ultraviolet stråling absorberes i væv (hud), opstår der forskellige fotokemiske og fotobiologiske reaktioner.
De anvendte strålingskilder er højtrykslamper(bue, kviksølv, rørformet), selvlysende lamper, gasudladning lavtrykslamper, En af varianterne er bakteriedræbende lamper.
A-stråling har en erytemisk og solbrunende effekt. Det bruges til behandling af mange dermatologiske sygdomme. Nogle kemiske forbindelser i furocoumarin-serien (for eksempel psoralen) kan sensibilisere disse patienters hud over for langbølget ultraviolet stråling og stimulere dannelsen af melaninpigment i melanocytter. Den kombinerede brug af disse lægemidler med A-stråling er grundlaget for en behandlingsmetode kaldet fotokemoterapi eller PUVA terapi(PUVA: P - psoralen; UVA - ultraviolet stråling af zone A). En del af eller hele kroppen udsættes for stråling.
B-stråling har en vatimindannende, anti-rakitis effekt.
C-stråling har en bakteriedræbende effekt. Ved bestråling ødelægges strukturen af mikroorganismer og svampe. C-stråling skabes af specielle bakteriedræbende lamper (fig. 26.9).
Nogle behandlingsteknikker bruger C-stråling til at bestråle blodet.
Ultraviolet faste. Ultraviolet stråling er nødvendig for kroppens normale udvikling og funktion. Dens mangel fører til en række alvorlige sygdomme. Beboere i ekstreme forhold står over for ultraviolet sult
Ris. 26,9. Baktericid bestråler (a), bestråler til nasopharynx (b)
Nord, arbejdere i mineindustrien, metro, beboere i store byer. I byer er manglen på ultraviolet stråling forbundet med atmosfærisk luftforurening med støv, røg og gasser, der bevarer UV-delen af solspektret. Rumvinduer transmitterer ikke UV-stråler med bølgelængde λ< 310 нм. Значительно снижают УФ-поток загрязненные стекла и занавеси (тюлевые занавески снижают УФ-излучение на 20 %). Поэтому на многих производствах и в быту наблюдается так называемая «биологическая полутьма». В первую очередь страдают дети (возрастает вероятность заболевания рахитом).
Farerne ved ultraviolet stråling
Eksponering for overskud doser af ultraviolet stråling på kroppen som helhed og på dets individuelle organer fører til fremkomsten af en række patologier. Først og fremmest gælder dette konsekvenserne af ukontrolleret solbadning: forbrændinger, alderspletter, øjenskader - udvikling af fotooftalmi. Effekten af ultraviolet stråling på øjet ligner erytem, da den er forbundet med nedbrydning af proteiner i cellerne i hornhinden og øjets slimhinder. Levende menneskelige hudceller er beskyttet mod de destruktive virkninger af UV-stråler "døde-
mi" celler i hudens stratum corneum. Øjnene er frataget denne beskyttelse, derfor udvikles der med en betydelig dosis stråling til øjnene efter en latent periode betændelse i hornhinden (keratitis) og slimhinder (konjunktivitis). Denne effekt er forårsaget af stråler med en bølgelængde mindre end 310 nm. Det er nødvendigt at beskytte øjet mod sådanne stråler. Der bør lægges særlig vægt på den blastomogene effekt af UV-stråling, der fører til udvikling af hudkræft.
26.7. Grundlæggende begreber og formler
Bordfortsættelse
Slut på bordet
26.8. Opgaver
2.
Bestem, hvor mange gange energilysstyrkerne i områder af menneskekroppens overflade, der har temperaturer på henholdsvis 34 og 33°C, er forskellige?
3.
Når man diagnosticerer en brysttumor ved hjælp af termografi, får patienten en glukoseopløsning at drikke. Efter nogen tid registreres den termiske stråling af kropsoverfladen. Tumorvævsceller absorberer intensivt glukose, som et resultat af hvilket deres varmeproduktion øges. Hvor mange grader ændres temperaturen i hudområdet over tumoren, hvis strålingen fra overfladen stiger med 1 % (1,01 gange)? Den oprindelige temperatur på kropsområdet er 37°C.
6.
Hvor meget steg den menneskelige kropstemperatur, hvis strålingsstrømmen fra kropsoverfladen steg med 4 %? Den oprindelige kropstemperatur er 35°C.
7.
Der er to identiske kedler i rummet, som indeholder lige store mængder vand ved 90°C. Den ene er forniklet og den anden er mørk. Hvilken kedel køles hurtigere ned? Hvorfor?
Løsning
Ifølge Kirchhoffs lov er forholdet mellem emission og absorptionsevner det samme for alle legemer. Den forniklede tekande reflekterer næsten alt lyset. Derfor er dens absorptionskapacitet lav. Emissionsevnen er tilsvarende lav.
Svar: En mørk kedel køles hurtigere ned.
8. For at ødelægge skadedyrsbiller udsættes korn for infrarød stråling. Hvorfor dør insekterne, men kornet gør det ikke?
Svar: bugs har sort farve, derfor absorberer de intensivt infrarød stråling og dør.
9. Når vi opvarmer et stykke stål, vil vi observere en lys kirsebærrød varme ved en temperatur på 800°C, men en gennemsigtig stang af smeltet kvarts ved samme temperatur lyser slet ikke. Hvorfor?
Løsning
Se opgave 7. En gennemsigtig krop absorberer en lille del af lyset. Derfor er dens emissionsevne lav.
Svar: den gennemsigtige krop udstråler praktisk talt ikke, selv når den er meget opvarmet.
10. Hvorfor sover mange dyr sammenkrøbet i en bold i koldt vejr?
Svar: samtidig falder den åbne overflade af kroppen, og følgelig falder strålingstabet.
Den energi, som et legeme mister på grund af termisk stråling, er karakteriseret ved følgende størrelser.
Strålingsflux (F) - energi, der udsendes pr. tidsenhed fra hele kroppens overflade.
Faktisk er dette kraften i termisk stråling. Dimensionen af strålingsfluxen er [J/s = W].
Energilysstyrke (Re) - energi af termisk stråling udsendt pr. tidsenhed fra en enhedsoverflade af et opvarmet legeme:
I SI-systemet måles energetisk lysstyrke - [W/m 2 ].
Strålingsfluxen og den energiske lysstyrke afhænger af stoffets struktur og dets temperatur: Ф = Ф(Т),
Fordelingen af energetisk lysstyrke over spektret af termisk stråling karakteriserer den spektral tæthed. Lad os betegne energien af termisk stråling, der udsendes af en enkelt overflade på 1 s i et snævert bølgelængdeområde fra λ Før λ +d λ, via dRe.
Spektral lysstyrketæthed (r) eller emissivitet Forholdet mellem energetisk lysstyrke i en smal del af spektret (dRe) og bredden af denne del (dλ) kaldes:
Tilnærmet form for spektral tæthed og energetisk lysstyrke (dRe) i bølgelængdeområdet fra λ Før λ +d λ, vist i fig. 13.1.
Ris. 13.1. Spektral tæthed af energisk lysstyrke
Afhængigheden af den spektrale tæthed af energetisk lysstyrke på bølgelængde kaldes kroppens strålingsspektrum.
Kendskab til denne afhængighed gør det muligt at beregne den energiske lysstyrke af et legeme i ethvert bølgelængdeområde. Formlen til beregning af et legemes energiske lysstyrke i en række bølgelængder er: 
Den samlede lysstyrke er: 
Legemer udsender ikke kun, men absorberer også termisk stråling. Et legemes evne til at absorbere strålingsenergi afhænger af dets stof, temperatur og bølgelængde af strålingen. Kroppens absorptionsevne er karakteriseret ved monokromatisk absorptionskoefficient α.
Lad en strøm falde ned på kroppens overflade monokromatisk stråling Φ λ med bølgelængde λ. En del af dette flow reflekteres, og en del absorberes af kroppen. Lad os betegne størrelsen af den absorberede flux Φ λ abs.
Monokromatisk absorptionskoefficient α λ er forholdet mellem strålingsfluxen absorberet af et givet legeme og størrelsen af den indfaldende monokromatiske flux: 
Monokromatisk absorptionskoefficient er en dimensionsløs størrelse. Dens værdier ligger mellem nul og én: 0 ≤ α ≤ 1.
Fungere α = α(λ,Τ) , der udtrykker den monokromatiske absorptionskoefficients afhængighed af bølgelængde og temperatur, kaldes absorptionskapacitet kroppe. Dens udseende kan være ret komplekst. De enkleste typer af absorption diskuteres nedenfor.
Ren sort krop er et legeme, hvis absorptionskoefficient er lig med enhed for alle bølgelængder: α = 1.
Grå krop er et legeme, for hvilket absorptionskoefficienten ikke afhænger af bølgelængden: α = const< 1.
Helt hvid krop er et legeme, hvis absorptionskoefficient er nul for alle bølgelængder: α = 0.
Kirchhoffs lov
Kirchhoffs lov- forholdet mellem et legemes emissivitet og dets absorptionskapacitet er det samme for alle legemer og er lig med spektraltætheden af energilysstyrken for et absolut sort legeme:
= /
Lovens konsekvens:
1. Hvis et legeme ved en given temperatur ikke absorberer nogen stråling, så udsender det det ikke. Faktisk, hvis absorptionskoefficienten α = 0 for en bestemt bølgelængde, så er r = α∙ε(λT) = 0
1. Ved samme temperatur sort krop stråler mere end nogen anden. Faktisk for alle kroppe undtagen sort,α < 1, поэтому для них r = α∙ε(λT) < ε
2. Hvis vi for et bestemt legeme eksperimentelt bestemmer afhængigheden af den monokromatiske absorptionskoefficient af bølgelængde og temperatur - α = r = α(λT), så kan vi beregne spektret af dets stråling.
TERMISK STRÅLING Stefan Boltzmanns lov Forholdet mellem energiluminositeten R e og spektraltætheden af energiluminositeten af et sort legeme Energiluminositeten af et gråt legeme Wiens forskydningslov (1. lov) Afhængighed af den maksimale spektrale tæthed af energiluminositeten af en sort krop på temperatur (2. lov) Plancks formel
TERMISK STRÅLING 1. Den maksimale spektrale tæthed af solenergiens lysstyrke forekommer ved bølgelængde = 0,48 mikron. Antag, at Solen udstråler som et sort legeme, bestemme: 1) temperaturen på dens overflade; 2) den effekt, der udsendes af dens overflade. Ifølge Wiens forskydningslov, Kraft udsendt af Solens overflade Ifølge Stefan Boltzmanns lov,
TERMISK STRÅLING 2. Bestem mængden af varme tabt med 50 cm 2 fra overfladen af smeltet platin på 1 minut, hvis absorptionskapaciteten for platin A T = 0,8. Smeltepunktet for platin er 1770 °C. Mængden af varme tabt af platin er lig med den energi, der udsendes af dens varme overflade, ifølge Stefan Boltzmanns lov.
TERMISK STRÅLING 3. En elektrisk ovn forbruger strøm P = 500 W. Temperaturen på dens indre overflade med et åbent lille hul med en diameter på d = 5,0 cm er 700 °C. Hvor meget af strømforbruget spredes af væggene? Den samlede effekt bestemmes af summen af den kraft, der frigives gennem hullet. Kraft, der spredes af væggene I henhold til Stefan Boltzmanns lov,
TERMISK STRÅLING 4 Et wolframglødetråd opvarmes i vakuum med en strømstyrke I = 1 A til en temperatur T 1 = 1000 K. Ved hvilken strømstyrke vil glødetråden blive opvarmet til en temperatur T 2 = 3000 K? Absorptionskoefficienterne for wolfram og dets resistivitet svarende til temperaturerne T 1, T 2 er lig med: a 1 = 0,115 og a 2 = 0,334; 1 = 25, Ohm m, 2 = 96, Ohm m Den udsendte effekt er lig med den effekt, der forbruges fra det elektriske kredsløb i konstant tilstand Elektrisk strøm frigivet i lederen Ifølge Stefan Boltzmanns lov,
TERMISK STRÅLING 5. I Solens spektrum forekommer den maksimale spektrale tæthed af energilysstyrke ved en bølgelængde på ,0 = 0,47 mikron. Hvis vi antager, at Solen udsender som et helt sort legeme, skal du finde intensiteten af solstråling (dvs. strålingsfluxtæthed) nær Jorden uden for dens atmosfære. Lysstyrke (strålingsintensitet) Lysstrøm I henhold til Stefan Boltzmanns og Wiens love
TERMISK STRÅLING 6. Bølgelængde 0, som tegner sig for den maksimale energi i det sorte legemes strålingsspektrum, er 0,58 mikron. Bestem den maksimale spektrale tæthed af energi lysstyrke (r, T) max, beregnet for bølgelængdeintervallet = 1 nm, nær 0. Den maksimale spektrale tæthed af energi lysstyrke er proportional med temperaturens femte potens og er udtrykt af Wiens 2. lov. Temperatur T er udtrykt ud fra Wiens forskydningslovværdi C er angivet i SI-enheder, hvor enhedsbølgelængdeintervallet = 1 m Ifølge betingelserne for problemet er det nødvendigt at beregne den spektrale lysstyrketæthed beregnet for bølgelængdeintervallet 1. nm, så vi udskriver værdien af C i SI-enheder og genberegner den for et givet bølgelængdeinterval:
TERMISK STRÅLING 7. En undersøgelse af solstrålingsspektret viser, at den maksimale spektrale tæthed af energilysstyrke svarer til en bølgelængde = 500 nm. Tag Solen for at være et sort legeme, og bestem: 1) Solens energiske lysstyrke R e; 2) energistrøm F e udsendt af Solen; 3) massen af elektromagnetiske bølger (af alle længder), der udsendes af Solen på 1 s. 1. Ifølge Stefan Boltzmann og Wiens love 2. Lysstrøm 3. Massen af elektromagnetiske bølger (alle længder) udsendt af Solen i løbet af tiden t = 1 s, bestemmer vi ved at anvende loven om proportionalitet af masse og energi E = ms 2. Energien af elektromagnetiske bølger, der udsendes i løbet af tiden t, er lig med produktet af energistrømmen Ф e ((strålingseffekt) ved tid: E=Ф e t. Derfor er Ф e =ms 2, hvorfra m= Ф e/s 2.
Kroppens energilysstyrke- - en fysisk størrelse, der er en funktion af temperaturen og er numerisk lig med den energi, der udsendes af et legeme pr. tidsenhed fra en enhedsoverfladeareal i alle retninger og over hele frekvensspektret. J/s m²=B/m²
Spektral tæthed af energisk lysstyrke- en funktion af frekvens og temperatur, der karakteriserer fordelingen af strålingsenergi over hele spektret af frekvenser (eller bølgelængder). , En lignende funktion kan skrives i form af bølgelængde
Det kan bevises, at den spektrale tæthed af energilysstyrke, udtrykt i frekvens og bølgelængde, er relateret af forholdet:
Helt sort krop- en fysisk idealisering brugt i termodynamik, et legeme, der absorberer al elektromagnetisk stråling, der falder ind på det i alle områder og ikke reflekterer noget. På trods af navnet kan en helt sort krop selv udsende elektromagnetisk stråling af enhver frekvens og visuelt have farve. Strålingsspektret af et absolut sort legeme bestemmes kun af dets temperatur.
Betydningen af et absolut sort legeme i spørgsmålet om spektret af termisk stråling af alle (grå og farvede) legemer generelt, ud over det faktum, at det repræsenterer det enkleste ikke-trivielle tilfælde, ligger også i det faktum, at spørgsmålet af spektret af termisk ligevægtsstråling af legemer af enhver farve og refleksionskoefficient reduceres ved hjælp af klassisk termodynamiks metoder til spørgsmålet om strålingen af et absolut sort legeme (og historisk blev dette allerede gjort i slutningen af det 19. århundrede, da problemet med stråling fra en absolut sort krop kom på banen).
Absolut sorte kroppe findes ikke i naturen, så i fysik bruges en model til eksperimenter. Det er et lukket hulrum med et lille hul. Lys, der kommer ind gennem dette hul, vil blive fuldstændig absorberet efter gentagne refleksioner, og hullet vil fremstå helt sort udefra. Men når dette hulrum opvarmes, vil det udvikle sin egen synlige stråling. Da den stråling, der udsendes af hulrummets indre vægge, før den forlader (hullet er trods alt meget lille), i det overvældende flertal af tilfælde vil gennemgå en enorm mængde ny absorption og stråling, kan vi med tillid sige, at stråling inde i hulrummet er i termodynamisk ligevægt med væggene. (Faktisk er hullet slet ikke vigtigt for denne model, det er kun nødvendigt for at understrege den grundlæggende observerbarhed af strålingen indeni; hullet kan f.eks. lukkes helt og åbnes hurtigt, når ligevægten allerede er etableret og målingen udføres).
2. Kirchhoffs strålingslov- en fysisk lov oprettet af den tyske fysiker Kirchhoff i 1859. I sin moderne formulering lyder loven således: Forholdet mellem ethvert legemes emissivitet og dets absorptionsevne er det samme for alle legemer ved en given temperatur for en given frekvens og afhænger ikke af deres form, kemiske sammensætning mv.
Det er kendt, at når elektromagnetisk stråling falder på et bestemt legeme, reflekteres en del af det, en del absorberes, og en del kan transmitteres. Den del af stråling, der absorberes ved en given frekvens, kaldes absorptionskapacitet legeme. På den anden side udsender enhver opvarmet krop energi ifølge en eller anden lov kaldet kroppens emissionsevne.
Værdierne af og kan variere meget, når man bevæger sig fra et legeme til et andet, men ifølge Kirchhoffs strålingslov afhænger forholdet mellem emissions- og absorptionsevner ikke af kroppens natur og er en universel funktion af frekvens ( bølgelængde) og temperatur:
Per definition absorberer en absolut sort krop al stråling, der falder ind på den, det vil sige for den. Derfor falder funktionen sammen med emissiviteten af et absolut sort legeme, beskrevet af Stefan-Boltzmann-loven, som et resultat af hvilket emissiviteten af ethvert legeme kun kan findes baseret på dets absorptionskapacitet.
Stefan-Boltzmann lov- loven om sort kropsstråling. Bestemmer afhængigheden af en absolut sort krops strålingseffekt af dens temperatur. Lovsætning: Strålingseffekten af et absolut sort legeme er direkte proportional med overfladearealet og den fjerde potens af kropstemperaturen: P = Sεσ T 4, hvor ε er graden af emissivitet (for alle stoffer ε< 1, для абсолютно черного тела ε = 1).
Ved at bruge Plancks lov for stråling kan konstanten σ defineres som hvor er Plancks konstant, k- Boltzmann konstant, c- lysets hastighed.
Numerisk værdi J s −1 m −2 K −4.
Den tyske fysiker W. Wien (1864-1928), der stolede på termo- og elektrodynamikkens love, etablerede afhængigheden af bølgelængden l max svarende til funktionens maksimum r l, T, på temperatur T. Ifølge Wiens fordrivelseslov,l max =b/T
dvs. bølgelængde l max svarende til den maksimale værdi af den spektrale tæthed af energilysstyrke rl, T sort krop, er omvendt proportional med dens termodynamiske temperatur, b- Wiens konstant: dens eksperimentelle værdi er 2,9 10 -3 m K. Udtryk (199.2) kaldes derfor loven forskydninger Fejlen er, at den viser en forskydning i positionen af funktionens maksimum rl, T når temperaturen stiger til området med korte bølgelængder. Wiens lov forklarer, hvorfor, efterhånden som temperaturen af opvarmede legemer falder, dominerer langbølget stråling i stigende grad i deres spektrum (f.eks. overgangen af hvid varme til rød varme, når et metal afkøles).
På trods af at Stefan-Boltzmann- og Wien-lovene spiller en vigtig rolle i teorien om termisk stråling, er de særlige love, da de ikke giver et generelt billede af frekvensfordelingen af energi ved forskellige temperaturer.
3. Lad væggene i dette hulrum fuldstændigt reflektere lyset, der falder på dem. Lad os placere noget legeme i hulrummet, som vil udsende lysenergi. Et elektromagnetisk felt vil opstå inde i hulrummet, og i sidste ende vil det blive fyldt med stråling, der er i en tilstand af termisk ligevægt med kroppen. Ligevægt vil også opstå i det tilfælde, hvor varmeudvekslingen af kroppen under undersøgelse med dets omgivende miljø på en eller anden måde er fuldstændig elimineret (for eksempel vil vi udføre dette mentale eksperiment i et vakuum, når der ikke er fænomener med termisk ledningsevne og konvektion). Kun gennem processerne med emission og absorption af lys vil der blive opnået ligevægt: det udstrålende legeme vil have en temperatur svarende til temperaturen af elektromagnetisk stråling, der isotropisk fylder rummet inde i hulrummet, og hver udvalgt del af kroppens overflade vil udsende som meget energi pr. tidsenhed, som den absorberer. I dette tilfælde skal ligevægt opstå uanset egenskaberne af kroppen placeret inde i et lukket hulrum, hvilket dog påvirker den tid, det tager at etablere ligevægt. Energitætheden af det elektromagnetiske felt i hulrummet, som det vil blive vist nedenfor, i en ligevægtstilstand bestemmes kun af temperaturen.
For at karakterisere termisk ligevægtsstråling er ikke kun den volumetriske energitæthed vigtig, men også fordelingen af denne energi over spektret. Derfor vil vi karakterisere ligevægtsstrålingen, der isotropisk fylder rummet inde i hulrummet ved hjælp af funktionen u ω - spektral strålingstæthed, dvs. den gennemsnitlige energi pr. volumenenhed af det elektromagnetiske felt, fordelt i frekvensintervallet fra ω til ω + δω og relateret til værdien af dette interval. Åbenbart meningen uω skulle afhænge væsentligt af temperaturen, så vi betegner det u(ω, T). Total energitæthed U(T) forbundet med u(ω, T) formel.
Strengt taget gælder begrebet temperatur kun for termisk ligevægtsstråling. Under ligevægtsforhold skal temperaturen forblive konstant. Begrebet temperatur bruges dog ofte også til at karakterisere glødelegemer, der ikke er i ligevægt med stråling. Med en langsom ændring i systemets parametre er det desuden muligt på ethvert givet tidspunkt at karakterisere dens temperatur, som vil ændre sig langsomt. Så hvis der for eksempel ikke er nogen tilstrømning af varme, og strålingen skyldes et fald i det lysende legemes energi, vil dets temperatur også falde.
Lad os etablere en sammenhæng mellem emissiviteten af et helt sort legeme og spektraltætheden af ligevægtsstråling. For at gøre dette, lad os beregne energistrømmen, der falder ind på et enkelt område placeret inde i et lukket hulrum fyldt med elektromagnetisk energi med gennemsnitlig tæthed U ω . Lad stråling falde på en enhedsareal i retningen bestemt af vinklerne θ og ϕ (fig. 6a) inden for rumvinklen dΩ:
Da ligevægtsstråling er isotrop, er en fraktion, der forplanter sig i en given rumvinkel, lig med den samlede energi, der fylder hulrummet. Strøm af elektromagnetisk energi, der passerer gennem en enhedsareal pr. tidsenhed
Udskiftning dΩ udtryk og integration over ϕ inden for grænserne (0, 2π) og over θ inden for grænserne (0, π/2), opnår vi den totale energiflux, der indtræder på en enhedsareal:
Det er klart, at det under ligevægtsbetingelser er nødvendigt at sidestille udtryk (13) af emissiviteten af en absolut sort krop rω, der karakteriserer energifluxen udsendt af platformen i et enhedsfrekvensinterval nær ω:
Det er således vist, at emissiviteten af et helt sort legeme, op til en faktor på c/4, falder sammen med spektraltætheden af ligevægtsstråling. Lighed (14) skal være opfyldt for hver spektral komponent af strålingen, derfor følger det, at f(ω, T)= u(ω, T) (15)
Afslutningsvis påpeger vi, at strålingen fra et absolut sort legeme (for eksempel lys udsendt af et lille hul i et hulrum) ikke længere vil være i ligevægt. Især denne stråling er ikke isotropisk, da den ikke udbreder sig i alle retninger. Men energifordelingen over spektret for sådan stråling vil falde sammen med den spektrale tæthed af ligevægtsstråling, der isotropisk fylder rummet inde i hulrummet. Dette giver os mulighed for at bruge relation (14), som er gyldig ved enhver temperatur. Ingen anden lyskilde har en lignende energifordeling over hele spektret. For eksempel har en elektrisk udladning i gasser eller en glød under påvirkning af kemiske reaktioner spektre, der er væsentligt forskellige fra gløden af en absolut sort krop. Fordelingen af energi på tværs af spektret af glødelegemer adskiller sig også markant fra gløden af en absolut sort krop, som var højere ved at sammenligne spektrene for en almindelig lyskilde (glødelamper med en wolframglødetråd) og en absolut sort krop.
4. Baseret på loven om ligefordeling af energi over frihedsgrader: For hver elektromagnetisk svingning er der i gennemsnit en energi, der er summen af to dele kT. Den ene halvdel er bidraget af den elektriske komponent af bølgen, og den anden af den magnetiske komponent. I sig selv kan ligevægtsstråling i et hulrum repræsenteres som et system af stående bølger. Antallet af stående bølger i tredimensionelt rum er givet ved:
I vores tilfælde hastigheden v skal sættes ens c desuden kan to elektromagnetiske bølger med samme frekvens, men med indbyrdes vinkelrette polariseringer, bevæge sig i samme retning, så skal (1) desuden ganges med to:
Så, Rayleigh og Jeans, energi blev tildelt hver vibration. Ved at gange (2) med får vi den energitæthed, der falder på frekvensintervallet dω:
At kende forholdet mellem emissiviteten af en helt sort krop f(ω, T) med ligevægtstæthed af termisk strålingsenergi, for f(ω, T) finder vi: Udtryk (3) og (4) kaldes Rayleigh-Jeans formel.
Formlerne (3) og (4) stemmer kun overens med eksperimentelle data for lange bølgelængder ved kortere bølgelængder. Desuden er integration (3) over ω i området fra 0 til for ligevægtsenergitætheden u(T) giver en uendelig stor værdi. Dette resultat, kaldet ultraviolet katastrofe, åbenlyst i modstrid med eksperimentet: ligevægten mellem stråling og det udstrålende legeme skal etableres ved endelige værdier u(T).
Ultraviolet katastrofe- et fysisk udtryk, der beskriver paradokset i klassisk fysik, som består i, at den samlede effekt af termisk stråling fra ethvert opvarmet legeme skal være uendelig. Paradokset har fået sit navn på grund af det faktum, at strålingens spektrale effekttæthed burde være steget uendeligt i takt med, at bølgelængden blev kortere. I bund og grund viste dette paradoks, om ikke den indre inkonsekvens i klassisk fysik, så i det mindste en ekstrem skarp (absurd) uoverensstemmelse med elementære observationer og eksperimenter.
5. Plancks hypotese- en hypotese fremsat den 14. december 1900 af Max Planck og som siger, at der under termisk stråling udsendes og absorberes energi ikke kontinuerligt, men i separate kvanter (portioner). Hver sådan kvantedel har energi , proportional med frekvensen ν stråling:
Hvor h eller - proportionalitetskoefficienten, senere kaldet Plancks konstant. Baseret på denne hypotese foreslog han en teoretisk udledning af forholdet mellem temperaturen af et legeme og den stråling, som denne krop udsender - Plancks formel.
Plancks formel- udtryk for den spektrale effekttæthed af sort kropsstråling, som blev opnået af Max Planck. Til strålingsenergitæthed u(ω, T):
Plancks formel blev opnået, efter at det blev klart, at Rayleigh-Jeans-formlen kun tilfredsstillende beskriver stråling i langbølgeområdet. For at udlede formlen gjorde Planck i 1900 den antagelse, at elektromagnetisk stråling udsendes i form af individuelle dele af energi (kvanter), hvis størrelse er relateret til strålingens frekvens ved udtrykket:
Proportionalitetskoefficienten blev efterfølgende kaldt Plancks konstant, = 1,054 · 10 −27 erg s.
For at forklare egenskaberne ved termisk stråling var det nødvendigt at introducere begrebet emission af elektromagnetisk stråling i portioner (kvanter). Strålingens kvantenatur bekræftes også af eksistensen af en kortbølgelængdegrænse i bremsstrahlung røntgenspektret.
Røntgenstråling opstår, når faste mål bombarderes af hurtige elektroner Her er anoden lavet af W, Mo, Cu, Pt - tunge ildfaste eller høj varmeledningsevne metaller. Kun 1–3 % af elektronenergien bruges til stråling, resten frigives ved anoden i form af varme, så anoderne afkøles med vand. En gang i anodestoffet oplever elektronerne kraftig hæmning og bliver en kilde til elektromagnetiske bølger (røntgenstråler).
Starthastigheden af en elektron, når den rammer anoden, bestemmes af formlen:
Hvor U– accelererende spænding.
>Mærkbar emission observeres kun med en skarp deceleration af hurtige elektroner, startende fra U~ 50 kV, mens ( Med- lysets hastighed). I induktionselektronacceleratorer - betatroner erhverver elektroner energi op til 50 MeV, = 0,99995 Med. Ved at lede sådanne elektroner til et fast mål opnår vi røntgenstråling med en kort bølgelængde. Denne stråling har stor gennemtrængende kraft. Ifølge klassisk elektrodynamik, når en elektron decelererer, skulle der opstå stråling af alle bølgelængder fra nul til uendelig. Bølgelængden, ved hvilken den maksimale strålingseffekt opstår, bør falde, efterhånden som elektronhastigheden stiger. Der er dog en grundlæggende forskel fra den klassiske teori: nul-effektfordelinger går ikke til oprindelsen af koordinater, men afbrydes ved endelige værdier - det er kortbølgelængdeenden af røntgenspektret.
Det er eksperimentelt fastslået
Eksistensen af kortbølgegrænsen følger direkte af strålingens kvantenatur. Faktisk, hvis stråling opstår på grund af energien tabt af elektronen under bremsning, kan kvanteenergien ikke overstige elektronens energi eU, dvs. , herfra eller .
I dette eksperiment kan vi bestemme Plancks konstant h. Af alle metoderne til bestemmelse af Plancks konstant er metoden baseret på måling af kortbølgelængdegrænsen for røntgen-bremsstrahlung-spektret den mest nøjagtige.
7. Fotoeffekt- dette er emissionen af elektroner fra et stof under påvirkning af lys (og, generelt set, enhver elektromagnetisk stråling). I kondenserede stoffer (faste og flydende) er der en ekstern og intern fotoelektrisk effekt.
Lovene for den fotoelektriske effekt:
Formulering 1. lov om fotoelektrisk effekt: antallet af elektroner udsendt af lys fra overfladen af et metal pr. tidsenhed ved en given frekvens er direkte proportional med lysstrømmen, der oplyser metallet.
Ifølge 2. lov om fotoelektrisk effekt, den maksimale kinetiske energi af elektroner udstødt af lys stiger lineært med lysets frekvens og afhænger ikke af dets intensitet.
3. lov om fotoelektrisk effekt: for hvert stof er der en rød grænse for den fotoelektriske effekt, det vil sige den minimale lysfrekvens ν 0 (eller maksimal bølgelængde λ 0), ved hvilken den fotoelektriske effekt stadig er mulig, og hvis ν 0, så er den fotoelektriske effekt ikke længere opstår.
Den teoretiske forklaring af disse love blev givet i 1905 af Einstein. Ifølge den er elektromagnetisk stråling en strøm af individuelle kvanter (fotoner) med energi hν hver, hvor h er Plancks konstant. Med den fotoelektriske effekt reflekteres en del af den indfaldende elektromagnetiske stråling fra metaloverfladen, og en del trænger ind i metallets overfladelag og absorberes der. Efter at have absorberet en foton modtager elektronen energi fra den og forlader metallet, når den udfører en arbejdsfunktion: hν = A ud + W e, Hvor W e- den maksimale kinetiske energi, som en elektron kan have, når den forlader metallet.
Fra loven om bevarelse af energi, når lys repræsenteres i form af partikler (fotoner), følger Einsteins formel for den fotoelektriske effekt: hν = A ud + Ek
Hvor A ud- såkaldte arbejdsfunktion (den mindste energi, der kræves for at fjerne en elektron fra et stof), Ek er den kinetiske energi af den udsendte elektron (afhængigt af hastigheden kan enten den kinetiske energi af en relativistisk partikel beregnes eller ej), ν er frekvensen af den indfaldende foton med energi hν, h- Planck er konstant.
Arbejdsfunktion- forskellen mellem minimumsenergien (normalt målt i elektronvolt), der skal tildeles en elektron for dens "direkte" fjernelse fra volumenet af et fast legeme, og Fermi-energien.
"Rød" kant af fotoeffekten- minimumsfrekvens eller maksimal bølgelængde λ max lys, ved hvilket den eksterne fotoelektriske effekt stadig er mulig, det vil sige, at fotoelektronernes begyndelse kinetiske energi er større end nul. Frekvensen afhænger kun af udgangsfunktionen A ud elektron: , hvor A ud- arbejdsfunktion for en specifik fotokatode, h er Plancks konstant, og Med- lysets hastighed. Arbejdsfunktion A ud afhænger af fotokatodens materiale og dens overflades tilstand. Emissionen af fotoelektroner begynder, så snart lys med frekvens eller bølgelængde λ falder ind på fotokatoden.
d Φ e (\displaystyle d\Phi _(e)), udsendt af et lille område af overfladen af strålingskilden, til dets område d S (\displaystyle dS) : M e = d Φ e dS. (\displaystyle M_(e)=(\frac (d\Phi _(e))(dS)).)Det siges også, at energetisk lysstyrke er overfladedensiteten af den udsendte strålingsflux.
Numerisk er den energetiske lysstyrke lig med det tidsgennemsnitlige modul af Poynting-vektorkomponenten vinkelret på overfladen. I dette tilfælde udføres gennemsnittet over en tid, der væsentligt overstiger perioden med elektromagnetiske svingninger.
Den udsendte stråling kan opstå i selve overfladen, så taler de om en selvlysende overflade. En anden mulighed observeres, når overfladen er belyst udefra. I sådanne tilfælde vender en del af hændelsesfluxen nødvendigvis tilbage som følge af spredning og refleksion. Så har udtrykket for energisk lysstyrke formen:
M e = (ρ + σ) ⋅ E e , (\displaystyle M_(e)=(\rho +\sigma)\cdot E_(e),)Hvor ρ (\displaystyle \rho ) Og σ (\displaystyle \sigma )- henholdsvis overfladens refleksionskoefficient og spredningskoefficient og - dens irradians.
Andre navne på energisk lysstyrke, nogle gange brugt i litteraturen, men ikke fastsat af GOST: - emissionsevne Og integreret emissivitet.
Spektral tæthed af energisk lysstyrke
Spektral tæthed af energisk lysstyrke M e , λ (λ) (\displaystyle M_(e,\lambda )(\lambda))- forholdet mellem størrelsen af energetisk lysstyrke d M e (λ), (\displaystyle dM_(e)(\lambda),) falder på et lille spektralinterval d λ , (\displaystyle d\lambda ,), sluttet mellem λ (\displaystyle \lambda) Og λ + d λ (\displaystyle \lambda +d\lambda ), til bredden af dette interval:
Me, λ (λ) = d M e (λ) dλ. (\displaystyle M_(e,\lambda )(\lambda)=(\frac (dM_(e)(\lambda))(d\lambda )).)SI-enheden er W m−3. Da bølgelængder af optisk stråling normalt måles i nanometer, bruges i praksis ofte W m −2 nm −1.
Nogle gange i litteraturen M e , λ (\displaystyle M_(e,\lambda )) hedder spektral emissivitet.
Lys analog
M v = K m ⋅ ∫ 380 n m 780 n m M e , λ (λ) V (λ) d λ , (\displaystyle M_(v)=K_(m)\cdot \int \limits _(380~nm)^ (780~nm)M_(e,\lambda )(\lambda)V(\lambda)d\lambda ,)Hvor K m (\displaystyle K_(m))- maksimal lysudstrålingseffektivitet svarende til 683 lm / W i SI-systemet. Dens numeriske værdi følger direkte af definitionen af candela.
Oplysninger om andre fotometriske grundenergistørrelser og deres lysanaloger er angivet i tabellen. Betegnelser for mængder er givet i henhold til GOST 26148-84.
Energifotometriske SI-mængder| Navn (synonym) | Mængdebetegnelse | Definition | SI-enhedsnotation | Lysstyrke |
|---|---|---|---|---|
| Strålingsenergi (strålingsenergi) | Q e (\displaystyle Q_(e)) eller W (\displaystyle W) | Energi overført af stråling | J | Lysenergi |
| Strålingsflux (strålingsflux) | Φ (\displaystyle \Phi) e eller P (\displaystyle P) | Φ e = d Q e d t (\displaystyle \Phi _(e)=(\frac (dQ_(e))(dt))) | W | Let flow |
| Strålingsintensitet (lysenergiintensitet) | I e (\displaystyle I_(e)) | I e = d Φ e d Ω (\displaystyle I_(e)=(\frac (d\Phi _(e))(d\Omega ))) | W sr −1 | Lysets kraft |
| Volumetrisk strålingsenergitæthed | U e (\displaystyle U_(e)) | U e = d Q e d V (\displaystyle U_(e)=(\frac (dQ_(e))(dV))) | J m -3 | Volumetrisk tæthed af lysenergi |
| Energi lysstyrke | L e (\displaystyle L_(e)) | L e = d 2 Φ e d 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 | Lysstyrke |
| Integreret energilysstyrke | 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 | Integreret lysstyrke |
| Indstråling (irradiance) | E e (\displaystyle E_(e)) | E e = d Φ e d S 2 (\displaystyle E_(e)=(\frac (d\Phi _(e))(dS_(2)))) | W m−2 |