Оптика - Годжаев Н.М.
Скачать (прямая ссылка):
рассеянного света резко увеличиваются.
Полагая, что молекулярные шероховатости много меньше длины волны
падающего света, Мандельштам * разработал теорию рассеяния света на
свободной поверхности жидкости и на границе раздела двух жидкостей.
Теория рассеяния света на границе раздела двух прозрачных сред в
дальнейшем была развита Андроновым, Леонто-вичем ** и др.
В заключение отметим, что интенсивность рассеянного света в отличие от
рассеяния света в объеме обратно пропорциональна не Я4, а Я2. Такая
зависимость интенсивности рассеянного света имеет место также при
критической температуре смешения.
* Подробнее см.: Фабелинский И. Л. Молекулярное рассеяние света, § 3 гл.
1 и § 20 гл. V.
** См.: Андронов А. А. Собр. трудов. М., Изд-во АН СССР, 1956.
Глава XIV ТЕПЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ
Поскольку решение проблемы теплоЕого излучения (называемого также
температурным или равновесным излучением) сыграло важную роль в создании
квантовой теории света, целесообразно подробно остановиться на законах
теплового излучения.
§ 1. ИЗЛУЧАТЕЛЬНАЯ И ПОГЛОЩАТЕЛЬНАЯ СПОСОБНОСТИ ТЕЛ
Прежде чем перейти к изложению основных законов теплового излучения,
ознакомимся с некоторыми необходимыми понятиями.
йзлучательная способность. Мощность излучения с единицы площади
поверхности тела в единичном интервале частот называется излучательной
способностью тела. Если мощность излучения в интервале частот от v до v +
dv с единицы площади обозначить через d vEv.vTav. то йзлучательная
способность может быть записана в виде
E(v, Т) = dW''ifv • (14.1)
Поскольку йзлучательная способность зависит кроме температуры также и от
частоты, то ее называют спектральной плотностью поверхностного излучения.
Поглощательная способность. Чтобы охарактеризовать способность тел
поглощать падающее на них излучение, вводится понятие поглощательной
способности. Пол поглпщптршшгщ^гппгпбппртггп тела понимается отношение
количества поглощенной поверХНбМЬю тела энергии в интервале частот v, v +
dv к общему количеству падающего излучения з том же интервале частот:
погл
A (v, Т) = v":v/ v. (14.2)
Зависимость А, как и Е, от v и Т подтверждается опытными данным:!.
Как следует из формул (14.1) и (14.2), A(v,T)- безразмерная величина, a
E(v,T) измеряется в эрг/см^_с. (в системе СГС).
Абсолютно черное тело. Тела, способные поглощать все падающее ца них
излучение произвотьной длины волны при любой температуре, называются
абсолютно черными телами. Согласно определению, для абсолютно черных тел
A (v,T) = 1 при Всех длинах волн и при 'любой температуре.
11* 323
В природе не существует абсолютно черных тел. Но можно найти тела, очень
близкие по своим свойствам к абсолютно черным телам (сажа, черный
бархат). Сильно поглощающие свойства перечисленных материалов объясняются
их пористостью. При падений излучения на эти материалы происходит
неоднократное отражение в многочисленных складках и порах. При каждом
отражении часть энергии излучения поглощается и в итоге интенсивность
излучения, вышедшего из толщи материала, практически оказывается равной
нулю. Как отмечали Вин и Люммер (1895 г.), маленькое отверстие на
поверхности полости с идеально отражающими стенками, непроницаемыми для
электромагнитных волн, ведет себя как абсолютно черное тело. На самом
деле если на поверхности стенок полости открыть отверстие размером меньше
0,1 диаметра полости, то вошедшее через это отверстие в полость излучение
претерпевает многократ* ное отражение и рассеяние от внутренней
поверхности стенок, в результате чего падающее излучение всех длин волн
"полностью поглощается" (рис. 14.1),
Рис. 14.1
§ 2 ЗАКОН КИРХГОФА
Правило Прево. Согласно правилу Прево (1809 г.), если два тела поглощают
разные количества энергии, то и излучение будет различным. Правило Прево
подтверждается опытными данными. Следует отметить, что рри одинаковой
температуре спектральный состав излучения разных тел также будет
различным. Если взять два одинаковых по форме тела, например стержни из
кварца и стали, то при одной и той же температуре, например при 80" С,
кварцевый стержень не излучает видимых лучен и поэтому не светится, в то
время как накаленная сталь излучает яркий вишнево-красный свет.
Закон Кирхгофа. Правило Прево дает только качественное представление об
излучении и поглощении. В 1859 г. Кирхгоф установил количественную связь
между нзлучательной и поглощательной способностями тел. Согласно закону
Кирхгофа, отношение излуаа-тельиой и поглощательной способностей тела,
является универсаль-нойщля всех тел функцией частоты и температуры, т. е.
E(v, T)/A(v, T) = f(v, Т). (14.3)
Существенно, что.функция Ду, Т), называемая функцией Кирхгофа, нещависит
от природы тел.
Кирхгоф установил этог-закон, опираясь на второй закон термодинамики,
согласно которому тепловое равновесие, установившееся в изолированной
системе, не может быть нарушено простым обменом тепла между отдельными
частями системы.
324
Прежде чем вывести закон Кирхгофа, применим его к абсолютно черным телам.
