Модель абсолютно черного тела

Абсолютно черное тело (АЧТ). Виды и значение. Применение

Модель абсолютно черного тела

Абсолютно черное тело (АЧТ) – это понятие, относящееся к теории теплового излучения. Оно обозначает тело, имеющее свойство полностью поглощать любое попадающее на его поверхность электромагнитное излучение вне зависимости от длины волны и температуры собственной поверхности.

Поглощающий коэффициент такого тела равен 1. Коэффициент отображает отношение поглощаемой энергии к энергии падающего потока. Для него характерно наличие собственного электромагнитного излучения любой частоты. Спектры его излучения способны определятся только в температурном выражении.

Абсолютно черное тело в природе

Стоит отметить, что понятие абсолютного черного тела является абстрактным, поскольку не существует ни одного предмета или явления, способного поглощать электромагнитное излучение, имея при этом коэффициент равный 1. Находящиеся в космосе черные дыры не принимаются во внимание, поскольку невозможно проконтролировать их температуру, чтобы высчитать уровень излучения и фактический коэффициент, если он вообще имеется.

Коэффициент поглощения на уровне 1 это идеал, которого не существует. Тем не менее, есть вещества, которые очень близки к данному результату. В первую очередь к ним относится сажа и платиновая чернь.

Поверхность сажи способна поглощать до 99% падающего излучения. Такой показатель достигается только при работе с видимыми волнами.

При попадании инфракрасных волн излучение осуществляется значительно лучше, поэтому сажа теряет свою приближенность к абсолютному черному телу.

Из космических тел солнечной системы практически свойствами АЧТ обладает Солнце. Дело в том, что его излучение происходит с длиной волны 450 нм, при фактической температуре наружных слоев в 6000 К. Это фактически имеет близкий результат к коэффициенту 1.

Абсолютно черное тело — это одна из главных причина появления такого понятия, а в последующем и дисциплины как квантовая механика. Также абсолютно черное тело актуально в термодинамике, астрономии и теории теплового излучения.

Макет АЧТ

Чтобы визуально продемонстрировать принцип работы абсолютного черного тела применяется несложная в изготовлении модель. Ее можно сделать даже самостоятельно используя недорогое подручное оборудование. Для этого необходимо взять непрозрачный ящик. В качестве него может использоваться картонная коробка от обуви или различных продуктов питания.

Одну из ее боковых стенок необходимо покрасить в черный цвет или наклеить плотную черную бумагу. Чем она темнее, тем лучше. В центре оклеенной стенки делается сквозное отверстие.

Теперь, если смотреть на данную коробку, когда она находится в закрытом состоянии, можно увидеть, что проделанное отверстие намного чернее, чем черная бумага оклеенная вокруг него.

Поскольку отверстие в коробке небольшое, то тонкий пучок света, попадающий в ее полость, многократно отображается от стенок. Как следствие волна медленно затухает. Если она и сможет отобразиться таким образом, чтобы выйти обратно в отверстие, через которое попала, то претерпит настолько сильное изменения, что фактический не будет заметной.

В лабораторных условиях применяются более сложные макеты, сделанные из термостойкого материала. При таком макете возможно проводить его нагрев, что приведет к появлению собственного видимого излучения. Это расширяет диапазон экспериментов.

Самый черный материал в мире

По принципу абсолютного черного тела был разработан материал под названием Vantablack 2, который не поддается измерению спектрометром.

Он был получен в 2014 году и является самым темным предметом известным человеку. Он состоит из миниатюрных нанотрубок. Попадающий в их отверстия свет обратно практически не возвращается.

Коэффициент их отражения насколько низок, что составляет всего 0,036%.

При исследовании данного материала можно увидеть множество интересных свойств. К примеру, если навести на такое абсолютно черное тело лазерную указку, то она вообще не отображается. Лазерная точка не видна на поверхности, в результате чего создается впечатление, что указка не включена. То же самое касается и любого другого светового оборудования.

Если из этого материала сделать объемную вещь, то при взгляде прямо она всегда выглядит как плоское пятно, поскольку контуры выступов совершенно не просматриваются. Существует несколько предметов искусства, сделанные современными художниками с применением материала Vantablack 2.

Для изготовления данного материала применяются нанотрубки, толщина которых составляет всего 20 нанометров. Это действительно мало, даже в сравнении с человеческим волосом. Фактически такая трубка в 3500 раз тоньше волоса. Один квадратный сантиметр поверхности такого материала состоит из миллиарда нанотрубок.

Принцип действия такого черного тела можно сравнить с лесными деревьями. Посещая лес или парк где имеются деревья высотой в 20 м можно заметить, что солнечный свет практически не достигает поверхности земли. Чтобы провести аналогию с Vantablack 2 нужно, чтобы высота таких деревьев составляла 3000 м, что и позволит достигнуть того эффекта, который создается между стенками нанотрубок.

Перспективные направления использования АЧТ

Любое вещество, работающее как абсолютно черное тело, приобретает весьма ценные свойства. Они поглощают спектр видимого света, ультрафиолета, инфракрасного излучения и так далее. Это весьма перспективное направление развития военной техники, которая при обладании такими свойствами могла бы стать невидимой для технического обнаружения.

Что касается научного применения, то абсолютно черные тела могут использоваться для калибровки оптического оборудования. Существуют установки, которые работает по принципу рассмотренному на примере коробки с отверстием. С их помощью осуществляется проверка и настройка работы бесконтактного термометра.

Подобные приборы используются в качестве эталона, применяемого при измерении высоких температур с помощью пирометров.

Закон Стефана — Больцмана

Поскольку для абсолютно черного тела характерна невозможность фиксации излучения с применением технического оборудования, то для этого применяется закон Стефана-Больцмана.

Это интегральный закон позволяющий определять зависимость плотности мощности излучения от температуры АЧТ. Словесная форма закона звучит следующим образом.

Полная объемная плотность равновесного излучения и испускательная способность пропорциональны четвертой степени температуры абсолютно черного тела.

Свое название закон получил от имен двух ученых. Изначально он был открыт Стефаном в 1879 году. Однако его теоретическая составляющая не была закончена. Именно эту часть закона и вывел Больцман.

Приборы АЧТ

В продаже предлагается устройство абсолютно черное тело, которое является эталонным излучателем для проведения поверки пирометров.

Они позволяют контролировать точность в диапазоне от +100 до +1100 градусов. Также существуют и более совершенные устройства с увеличенным диапазоном излучение, но их стоимость на порядок выше.

Такие установки состоят из трубчатой печи, блока управления и эталонного преобразователя.

Похожие темы:

Источник: https://electrosam.ru/glavnaja/jelektrotehnika/absoliutno-chernoe-telo/

Модель абсолютно черного тела

Модель абсолютно черного тела

Абсолютно чёрное тело — физическое тело, которое при любой температуре поглощает всё падающее на него электромагнитное излучение во всех диапазонах. Коэффицент поглощения равен 1.

Несмотря на название, абсолютно чёрное тело само может испускать электромагнитное излучение любой частоты и визуально иметь цвет. Спектр излучения абсолютно чёрного тела определяется только его температурой.

Рис.1. Модель абсолютно черного тела

Первый закон излучения Вина:

В 1893 году Вильгельм Вин, воспользовавшись, помимо классической термодинамики, электромагнитной теорией света, вывел следующую формулу:

где uν — плотность энергии излучения,

ν — частота излучения,

T — температура излучающего тела,

f — функция, зависящая только от отношения частоты к температуре. Вид этой функции невозможно установить, исходя только из термодинамических соображений.

Второй закон излучения Вина:

В 1896 году Вин на основе дополнительных предположений вывел второй закон:

где C1, C2 — константы. Опыт показывает, что вторая формула Вина справедлива лишь в пределе высоких частот (малых длин волн).

Закон Рэлея — Джинса:

Попытка описать излучение абсолютно чёрного тела исходя из классических принципов термодинамики и электродинамики приводит к закону Рэлея — Джинса:

Эта формула предполагает квадратичное возрастание спектральной плотности излучения в зависимости от его частоты.

Интенсивность излучения абсолютно чёрного тела в зависимости от температуры и частоты определяется законом Планка

где R (v, T) — мощность излучения на единицу площади излучающей поверхности в единичном интервале частот (размерность в СИ: Дж·с −1 ·м −2 ·Гц −1 ).

Закон Стефана — Больцмана:

Общая энергия теплового излучения определяется законом Стефана — Больцмана, который гласит:

Мощность излучения абсолютно чёрного тела (интегральная мощность по всему спектру), приходящаяся на единицу площади поверхности, прямо пропорциональна четвёртой степени температуры тела:

Таким образом, абсолютно чёрное тело при T = 100 K излучает 5,67 ватт с квадратного метра своей поверхности.

Цветность чернотельного излучения:

Температурный интервал вкельвинах

Квантовый характер теплового излучения. Формула Планка. Оптическая пирометрия

После установления законов излучения стало очевидно, что первоочередная задача теории теплового излучения состоит в нахождении вида функции Кирхгофа, т.е.

выяснение спектрального состава равновесного излучения абсолютно черного тела. Решение этой задачи вышло далеко за рамки теории излучения и сыграло огромную роль во всем дальнейшем развитии физики, т.к.

привело к установлению квантового характера излучения и поглощения энергии атомами и молекулами.

Формула Планка — выражение для спектральной плотности мощности излучения (спектральной плотности энергетической светимости) абсолютно чёрного тела, которое было получено Максом Планком для плотности энергии излучения u(w,T)

Формула Планка («форма» зависимости h от частоты и температуры), первоначально, была «выведена» эмпирически. Формула Планка была получена после того, как стало ясно, что формула Рэлея — Джинса (которая следует из классической теории электромагнитного поля) удовлетворительно описывает излучение только в области длинных волн.

С убыванием длин волн формула Рэлея—Джинса сильно расходится с эмпирическими данными; более того, в пределе она даёт расхождение: бесконечную энергию излучения (ультрафиолетовая катастрофа).

В связи с этим Планк в 1900 году сделал предположение, противоречащее классической физике, что электромагнитное излучение испускается в виде отдельныхпорций(квантов) энергии, величина которых связана с частотой излучения выражением:

Коэффициент пропорциональности h, впоследствии назвали постоянной Планка, h = = 1,054 · 10 −27 эрг·с.

Правильность формулы Планка подтверждается не только непосредственной эмпирической проверкой, но и следствиями из данной формулы; в частности, из неё следует закон Стефана — Больцмана (также эмпирически подтверждённый). Кроме того, из неё выводятся также и приблизительные формулы, полученные до формулы Планка: формула Вина и формула Рэлея — Джинса.

Оптическая пирометрия — методы измерения высоких температур, использующие зависимость спектральной плотности энергетической светимости или интегральной энергетической светимости тел от температуры.

Приборы для измерения температуры нагретых тел по интенсивности их теплового излучения в оптическом диапазоне спектра называются пирометрами.

В зависимости от того, какой закон теплового излучения используется при измерении тем­пературы тел, различают радиационную, цветовую и яркостную температуры.

пр Радиационная температура — это такая температура черного тела, при которой его энергетическая светимость равна энергетической светимости исследуемого тела. В данном случае регистрируется энергетическая светимость исследуемого тела и по закону Стефана – Больцмана вычисляется его радиационная температура:

Цветовая температура. Для серых тел (или тел, близких к ним по свойствам) спектральная плотность энергетической светимости

Яркостная температуряТя. — это температура черного тела, при которой для определенной длины волны его спектральная плотность энергетической светимости равна спектральной плотности энергетической светимости исследуемого тела, т. е.

где Т — истинная температура тела. В качестве яркостного пирометра обычно используется пирометр с исчезающей нитью. В данном случае изображение нити пирометра становится неразличимым на фоне поверхности раскаленного тела. Используя проградуированный по черному телу миллиамперметр, можно определить яркостную температуру.

Источник: https://englishpromo.ru/stroitelstvo/model-absoljutno-chernogo-tela

Эталонные источники — модели АЧТ

Модель абсолютно черного тела

Понятие «абсолютно черного тела» было введено немецким ученым-физиком Густавом Кирхгофом в середине XIX века. Необходимость введения такого понятия была связана с развитием теории теплового излучения.

Абсолютно чёрное тело — идеализированное тело, поглощающее всё падающее на него электромагнитное излучение во всех диапазонах длин волн и ничего не отражающее.

Таким образом, энергия любого падающего излучения полностью передается АЧТ и превращается в его внутреннюю энергию. Одновременно с поглащением АЧТ также излучает электромагнитное излучение и теряет энергию. Причем мощьность этого излучения и его спектральный остав определяются только температурой АЧТ.

Именно температура АЧТ определяет сколько излучения оно испускает в инфракрасном, видимом, ультрафиолетовом и др. диапазонах. Поэтому АЧТ, несмотря на свое название, при достаточно высокой температуре будет излучать в видимом диапазоне и визуально иметь цвет.

Наше Солнце – вот пример нагретого до температуры 5800°С объекта, при этом близкого по свойствам к АЧТ.

Свечение раскаленного металла в видимом спектре

Абсолютно чёрных тел в природе не существует, поэтому в физике для экспериментов используется модель. Чаще всего это замкнутая полость с небольшим входным отверстием. Излучение, попадающее внутрь сквозь это отверстие, после многократных отражений полностью поглощается стенками.

Никакая часть попавшего в отверстие излучения не отражается от него обратно — это соответствует определению АЧТ (полное поглащение и отсутствие отражения). При этом полость имеет собственное излучение, соответствующее ее температуре.

Поскольку собственное излучение внутренних стенок полости также совершает огромное количество новых поглощений и излучений, то можно сказать, что излучение внутри полости находится в термодинамическом равновесии со стенками.

Характеристики этого равновесного излучения определяются только температурой полости (АЧТ): суммарная (на всех длинах волн) энергия излучения по закону Стефана-Больцмана, а распределение энергии излучения по длинам волн описывается формулой Планка.

Поглощение падающего излучения в модели АЧТ

В природе не существует абсолютно черных тел. Есть примеры тел, которые лишь наиболее приближены по своим характеристикам к абсолютно черным. К примеру, сажа способна поглотить до 99 % падающего на нее света.

Очевидно, что особенная шероховатость поверхности материала позволяет свести отражения к минимуму.

Именно благодаря многократному отражению с последующим поглощением мы видим черными такие объекты, как черный бархат.

Объект очень близкий к АЧТ я однажды встретил на производстве бритвенных лезвий Gillette в Санкт-Петербурге, где мне довелось поработать еще до занятия тепловидением. Классические двухсторонние бритвенные лезвия в технологическом процессе собираются на «ножи» до 3000 лезвий в пачке.

Боковая поверхность, состоящая из множества плотно прижатых друг к другу заточенных лезвий, имеет бархатный черный цвет, хотя каждое отдельное стальное лезвие имеет блестящую остро заточенную стальную кромку. Блок лезвий, оставленный на подоконнике в солнечную погоду, мог нагреться до 80°С.

Вместе с тем, отдельные лезвия практически не нагревались, так как отражали большую часть излучения. Схожую форму поверхности имеют резьбы на болтах и шпильках, их коэффициент излучения выше, чем на гладкой поверхности.

Это свойство часто используется при тепловизионном контроле электрооборудования.

Ученые работают над созданием материалов со свойствами, приближенным к свойствам абсолютно черных тел. Например в оптическом длипазоне достигнуты заначительные результаты. В 2004 году в Англии был разработан сплав из никеля и фосфора, который представлял собой микропористое покрытие и имел коэффициент отражения 0,16–0,18 %.

Этот материал был занесен в Книгу рекордов Гиннеса, как самый черный материал в мире. В 2008 году американские ученые установили новый рекорд — выращенная ими тонкая пленка, состоящая из вертикальных углеродных трубочек, практически полностью поглощает излучение, отражая его на 0,045 %. Диаметр такой трубочки — от десяти нанометров и длиной от десяти до нескольких сотен микрометров.

Созданный материал имеет рыхлую, бархатистую структуру и шероховатую поверхность.

Модели АЧТ служат для калибровки и поверки пирометров и тепловизоров

Каждый инфракрасный прибор проходит калибровку по модели(ям) АЧТ. Точность измерений температуры никогда не может быть лучше, чем точность калибровки. Поэтому качество калибровки очень важно.

При калибровке (или поверке) с помощью эталонных излучателей воспроизводятся температуры из всего диапазона измерения тепловизора или пирометра.

В практике используются эталонные тепловые излучатели в виде модели абсолютно черного тела следующих типов:

1

Полостные модели АЧТ. Имеют полость с малым входным отверстием. Температура в полости задается, поддерживается и измеряется с высокой точностьтю. В таких излучателях могут быть воспроизведены высокие температуры.

2

Протяженные или плоскостные модели АЧТ. Имеют площадку, окрашенную составом с высоким коэффициентом излучения (низким коэффициентом отражения). Температура площадки задается, поддерживается и измеряется с высокой точностьтю. В таких излучателях могут быть воспроизведены низкие отрицательные температуры.

При поиске информации об импортных моделях АЧТ используйте термин «black body». Также важно понимать разницу между проверкой, калибровкой и поверкой тепловизора. Об этих процедурах подробно написано на сайте в разделе о тепловизорах.

Использованы материалы: Википедия; БСЭ; Infrared Training Center (ITC); Fluke Calibration

Источник: https://teplonadzor.ru/blackbody/

ПОИСК

Модель абсолютно черного тела
    Модели абсолютно черного тела— это специальные устройства, излучение которых в необходимом [c.187]

    Рис, 2. 1. Трубчатая модель абсолютно черного тела  [c.45]

    Модели абсолютно черного тела [c.45]

    Модели абсолютно черного тела необходимы для градуировки [c.188]

    Моделью абсолютно черного тела обычно служит полость, хорошо изолированная стенками из непрозрачного материала с небольшим отверстием в одной из стенок.

Например, часто используют длинную трубку, которую нагревают электрическим током, пропуская его по намотанной на трубку проволоке. Излучение можно наблюдать через маленькое отверстие в одной из стенок.

Если эта трубка поддерживается при постоянной температуре, то источник излучения называют изотермическим. [c.18]

    Приближенной моделью абсолютно черного тела может служить малое отверстие в оболочке полого тела. Это отверстие, попадая в которое лучистый поток почти полностью поглощается вследствие много- [c.88]

    Источником теплоты в трубчатой модели абсолютно черного тела (см. рис. 5.10), намотанного на изолятор И, является спираль электронагревателя ЭН, смонтированного в кожухе К. [c.187]

    Модель абсолютно черного тела с использованием полости ПЛ (рис. 5.11) нагревается обтекающей ее жидкостью Ж. Нагрев жидкости может производиться как электронагревателем ЭН, так и с помощью нагретой жидкости или газа.

Сосуд с нагретой жидкостью СН отделен теплоизоляцией ТИ от стенок кожуха К. Материал полости ПЛ может быть различным (металл, графит, огнеупорный фарфор) в зависимости от диапазона температур и вещества жидкости.

Температуру излучающей полости в этом случае можно измерять термометром ТМ любого вида. [c.188]

    Модель абсолютно черного тела — это малое отверстие в полой сфере, обладающее свойствами, приближающимися к свойствам абсолютно черного тела. [c.87]

    Приближенной моделью абсолютно черного тела может являться коническая или клиновидная полость с полированными стенками (рис. 2.3). Здесь луч 1—7, испускаемый полостью, характери- [c.46]

    Градуировка заключается в определении цены деления шкалы гальванометра или цены 1 мм высоты осциллограммы в лк или Вт/м . В качестве эталонных источников видимого излучения применяют светоизмерительные лампы, в качестве эталонов инфракрасного излучения — различные модели абсолютного черного тела.

В последнее время созданы высокотемпературные эталоны абсолютного черного тела (3000° К), поскольку этот режим является наиболее характерным для большинства пиротехнических ИК-излучателей. Применение при градуировке подобного эталона позволяет исключить радиометрическую ошибку, связанную с тарировкой при низких температурах.

[c.162]

Рис. 2. 3. Схема модели абсолютно черного тела с коническим или клиновидным излучателем

    Большое количество экспериментальных работ, выполненных с моделью абсолютно черного тела в середине и конце прошлого столетия, привели к выводу, что должно существовать математическое уравнение, представляющее зависимость излучения абсолютно черного тела по спектру в виде функции = (К Т). Первую попытку определить теоретически вид этой функции сделал русский физик В. А. Михельсон в 1 886 г. Однако выведенная им формула оказалась неточной. [c.23]

    Высокотемпер а т у р н о й моделью абсолютно черного тела могут служить металлические трубки с малым отверстием, нагреваемые пропусканием электрического тока.

Примером такого тела, работающего до температур выше 3000° К, может быть модель, показанная на рис. 2. 6. Источником излучения здесь является вольфрамовая трубка диаметром 3 мм с излучающим отверстием около 0,7 мм.

Излучатель смонтирован в стеклянном баллоне с окном из флюорита (СаРг). [c.48]

    Абсолютно черных тел, как уже указывалось в разд. 1.3, в природе не существует. Однако можно выполнить различные модели, излучение которых с достаточной для практических целей точностью приближается к излучению абсолютно черного тела.

Такие модели абсолютно черного тела используют как стандартные источники излучения. Они могут найти самое различное применение, например для градуировки приемников ИК-излучения, определения чувствительности приборов ИК-техники, градуировки приборов ИК-спектроскопии и т.

д. [c.45]

    Хуже обстоят дела в области неконтактной термометрии. Отечественная промышленность не выпускает модели абсолютно черных тел , прекращен выпуск температурных ламп, предназначенных для поверки пирометров полного и частичного излучения. Не решены вопросы по методикам поверки сканирующих пирометров-тепловизоров. [c.167]

    В августе 2001 г на Международной специализированной выставке Эталон-2001 , проходившей на ВДНХ в г.

Москве, завод награжден большой золотой медалью Гарантия качества и безопасности в номинации Контроль качества и безопасность за изделия АРМ ПТС (автоматизированное рабочее место поверки термометров сопротивления), портативный пирометр ПП-1 и АЧТ-45/100/1100 (рис. 7) модель абсолютно черного тела). [c.168]

    На практике в качестве моделей абсолютно черного тела используют различные печи, обеспечивающие достаточно равномерный прогрев оболочки полости черного излучателя.

Чаще всего применяют трубчатые печи с металлической или огнеупорной керамической оболочкой, на наружной поверхности которой располагают обмотки для электрического обогрева полости.

Примером трубчатой модели абсолютно черного тела может служить конструкция, показанная на рис. 2.1. [c.45]

    Диафрагмы в оболочке трубчатой модели абсолютно черного тела должны устанавливаться так, чтобы излучение тела исходило из зоны с наиболее однородной температурой и пучок лучей, по которому измеряется излучение тела, на своем пути нигде не пересекал бы диафрагм. [c.45]

    Большую равномерность температуры излучающей оболочки можно достичь в моделях абсолютно черных тел, выполненных по методу бани. Схемы таких моделей с горизонтальным и вертикальным расположением излучающего отверстия показаны на рис. 2. 2. [c.45]

Рис. 1. Схемы испарительных ячеек и моделей абсолютно черных тел

    Физической моделью абсолютно черного тела является малое отверстие в полой изотермической сфере. Проникающее через него излучение многократно отражается на стенках полости и практически полностью ими поглощается. Так же излучение, возникающее внутри равномерно нагретой сферы, выходит из отверстия соответственно закону Планка. [c.15]

Рис. 2.2. Модели абсолютно черного тела по методу бани со сферическим излучателем

    Сухой воздух, одно- и двухатомные газы (при температуре ниже 2500—3000 К) можно с хорошим приближением рассматривать как диатермичные среды ( ) 1). Моделью абсолютно черного тела слухшт малое отверстие, ведущее в большую закрытую полость. Любой луч, прошедший внутрь полости, после многократных отражений и частичных поглощений на стенках практически полностью поглощается и назад не выходит (Л 1). Большинство конструкционных твердых тел (металлы, сплавы, теплоизоляционные материалы) и ряд жидкостей (спирты, вода) для тепловых лучей при заметных толщинах слоя вещества практически непрозрачны (D 0). При этом [c.192]

    Для того чтобы судить, насколько совершенна та или иная модель абсолютно черного тела, следует измерить спектральное распределение интенсивности излучения этой модели и затем сравнить его с расчетными данными, полученными по формуле Планка.

Ориентировочную оценку степени черноты модели абсолютно черного тела Б узком спектральном участке можно получить, измерив яркостную или цветовую температуру модели [см. формулы (1.45) и (1.

46)] и затем сравнив ее с истинной температурой модели абсолютно черного тела, измеренной с помощью термопары. [c.49]

    Обратимся к рисункам, на которых схематически изображены ячейка Лангмюра (рис. 1,а), ячейка Кнудсена (рпс. 1,6), обсуждаемая ячейка (рис. 1,е), модель абсолютно черного тела в виде сферической полости (рис. 1,г) и модель черного тела в виде цилиндрической полости (рис. 1,0), которая является черным телом при определенном отношении L/D 115]. [c.322]

    Абсолютно черное тело. Кирхгофом впервые введено понятие абсолютно черного тела, которое ничего не отражает и не пропускает через себя, а полностью поглощает все падающее на него излучение независимо от его направления, спектрального состава и поляризации. Моделью абсолютно черного тела может служить маленькое отверстие в стенке замкнутой полости.

Излучение, заполняющее эту полость, при условии, что температура стенки полости постоянная, является равновесным тепловым излучением. Следовательно, равновесное тепловое излучение — это излучение абсолютно черного тела.

Излучение, выходящее из маленького отверстия в стенке полости (маленького потому, чтобы выход излучения не нарущил равновесия), представляет собой излучение абсолютно черного тела. [c.425]

    На очередном заседании температурной комиссии Госстандарта России, проходившем в Омске в октябре 2000 г., был одобрен план на период 2005 года метрологического обеспечения средств измерения температуры, в основе которого стоят серийно выпускаемые и разрабатываемые ОАО НПП Эталон изделия.

Особое место в этом плане занимают эталонные термоэлектрические термометры новой градуировочной характеристики (платино-палладий), и термопреобразователи сопротивления автоматизированное рабочее место для поверки технических термометров сопротивления и термопар термостаты и криостаты (рис.

6) различных конструкций и назначения, в том числе калибраторы температуры приборы и оборудование для неконтактной термометрии-пирометры, тепловизоры и средства их поверки — модели абсолютно черных тел , и эталонные пирометры, приборы и оборудование для определения теплопроводности материалов и конструкций вторичные приборы различного назначения на базе разработанного прецизионного вольтметра В2-99, и тд. (дипломант конкурса Лучший отечественный измерительный прибор 2002 года ). [c.169]

    В мае 2001 года на заводе завершены государственные испытания с целью утверждения типа двух пирометров, включая аттестацию их метрологического обеспечения — моделей абсолютно-черных тел . Готовятся к государственным испытаниям сканирующий и кадровый пирометры. [c.169]

    Термовизор обычно комплектуется различными приспособлениями и устройствами, увеличивающими его возможности и создающими дополнительные удобства.

Основные из них объективы с различным углом обзора и спектральными характеристиками, светофильтры, передвижные зеркала, набор принадлежностей для фотографирования, блоки для получения температурных профилей (блок выделения строки) и разных видов изображений, дополнительные черно-белые или цветные индикаторы, магнитофон, блоки цифровой обработки и индикации, модель абсолютно черного тела, комплект приспособлений для заправки холодильника жидким азотом и др. [c.204]

    В природе не существует тел, имеющих свойства абсолютно черного тела для всех длин волны. Даже такие черные на вид поверхности, как покрытые слоем сажи или платиновой черни, имеют поглощательную способность ах, близкую Рис. 1. ю.

Схема к единице лищь в ограниченном спектральном абсолютно черного диапазоне в длинноволновой инфракрасной области спектра их поглощательная способность становится заметно меньше единицы. Можно, однако, искусственно создать модель абсолютно черного тела с очень высокой степенью приближения.

Такой моделью может быть замкнутая нагреваемая полость с непрозрачными стенками, внутренняя поверхность которых обладает хорошой поглощательной способностью. В полости проделывают отверстие, очень малое по сравнению с ее размерами (рис. 1.10).

Поток лучистой энергии, попавший через отверстие внутрь полости, испытывает внутри нее большое число отражений [c.19]

    Абсолютно черным называется тело, которое полностью поглощает все падающие на него лучи [см. (15.1.14)]. В природе таких тел не существует, однако различные тела в той или иной мере могут по срорй поглощательной способности приближаться к абсолютно черному телу.

Физической моделью абсолютно черного тела является большая равномерно нагретая полость с малым выходным отверстием. Абсолютно черное тело обладает наибольшей излучательной способностью по сравнению с любым реальным телом, находящимся при одинаковой с ним температуре. [c.

241]

Источник: https://www.chem21.info/info/279854/

Законы, характеризующие излучение абсолютно черного тела

Закон Стефана — Больцмана показывает, что мощность излучения поверхности абсолютно черного тела зависит только от температуры и не связана с физическими свойствами поверхности объекта:

Стефан исследовал излучение черного тела эмпирически, а Больцман получил выражение (3) теоретически, поэтому закон называют законом Стефана — Больцмана.

Энергия при равновесном тепловом излучении распределена по длине волны. Теоретически данный вопрос изучал В. Вин. Он показал, что в плотности распределения энергии теплового излучения по длинам волн присутствует максимум, который относится к длине волны (${\lambda }_{max}$), которая определена соотношением:

Соотношение (4) называют законом смещения Вина. Эмпирически показано, что данный закон хорошо выполняется.

Надо отметить, что попытки описать весь спектр излучения черного тела основываясь на теории классической физики, потерпели неудачу. В $1900$ г. М. Планк создал интерполяционную формулу, которая согласуется с экспериментом и полностью описывает особенности излучения абсолютно черного тела:

где $\hbar =1,05\cdot {10}{-34}Дж\cdot с$, $w_{\omega }$ —спектральная плотность энергии излучения.

При $\hbar \omega \ll kT$ формула Планка переходит формулу Рэлея — Джинса:

Данная формула определяет распределение теплового излучения по спектру. Она хорошо согласуется с опытами при малых частотах.

При $\hbar \omega \gg kT$ формула Планка переходит в формулу Вина:

Выражение (7) подтверждают эксперименты, которые проводят в области больших частот.

Абсолютно черных тел в природе не существует. Сажа или платиновая чернь имеют поглощательную способность близкую к единице только в ограниченном интервале частот. Так в инфракрасной области их поглощательная способность существенно меньше единицы.

Теория излучения для абсолютно черного тела имела большое значение в физике, так как она привела к введению понятия кванта энергии.

Пример 1

На рис. 2 заданы графики функции $\varphi \left(\lambda ,T\right)$ при разных температурах ($T_1и\ T_2$), для какого из графиков больше температура тела выше? Что происходит с максимумом испускательной способности данного тела при росте температуры?

Рисунок 2.

Решение:

Так как мы знаем, что площадь, которую охватывает кривая заданная функцией $\varphi \left(\lambda ,T\right)$, равна энергетической светимости абсолютно черного тела при соответствующей температуре, то из графиков, очевидно, что площадь, соответствующая$\ {\lambda }_1$ меньше, чем при ${\lambda }_2$. Получаем, что $T_1

Максимум испускательной способности при увеличении температуры перемещается в сторону коротких длин волн (больших частот).

Ответ: $T_1

Пример 2

Какую массу теряет Солнце при излучении, за время t, если считать его абсолютно черным телом? Максимальная спектральная плотность энергетической светимости Солнца соответствует ${\lambda }_0.$

Решение:

Используем закон Вина для нахождения температуры Солнца:

\[{\lambda }_{max}T=b\to T=\frac{b}{{\lambda }_0}\left(2.1\right).\]

Энергия, которую излучает Солнце за время t, равна:

\[W=R_eSt\ \left(2.2\right),\]

где $S=4\pi R2$ — площадь поверхности Солнца, R- радиус Солнца. Величину $R_e$ найдем из закона Стефана — Больцмана:

\[R_e=\sigma T4\left(2.3\right).\]

Подставим выражение для $R_e$ в формулу (2.2), имеем

\[W=\sigma T44\pi R2t\ \left(2.4\right).\]

Изменение массы Солнца найдем в соответствии с формулой:

\[\triangle m=\frac{W}{c2}=\frac{\sigma T44\pi R2t\ }{c2}=\frac{\sigma 4\pi R2t\ }{c2}{(\frac{b}{{\lambda }_0})}4.\]

Ответ: $\triangle m=\frac{у4\pi R2t\ }{c2}{(\frac{b}{\lambda_0})}4.$

Источник: https://spravochnick.ru/fizika/optika/model_absolyutno_chernogo_tela/

Booksm
Добавить комментарий