Законы теплового излучения

а 0
Необходимо, однако, отме- тить, что, согласно закону I(ирх—
гофа, тело, сильнее поглощаю— Рис. 35.4. Темные места разрисован- щее, должно и больше испускать ного фарфора (п) при накаливании только при условии, что сравне- излучают сильнее (d)
ние производится при одинако-
вой температуре. Это условие соблюдено в описанном выше опыте с расписанным фарфором, отдельные части которого нагреты до одной температуры; то же имеет место и в ряде других аналогичных опытов:
тиновой чернью, черные части светятся гораздо ярче; капля фосфор- нокислого натрия на платиновой проволочке остается темной, хотя проволочка ярко раскаена, ибо капля даже при высокой температуре остается прозрачной для видимых лучей, и т.д. По’этому лишь кажу-
ЩІЈМСЯ ПН]ЭНДОКСОМ ЯВ ЛЯeTCЯ ИЗВЕСТНЫЙ ОПЫТ, В КОТО]ЭОМ В BOДO]ЭOДHOe
пламя вводятся рядом куски извести и угля и известь оказывается го- раздо более ярко раскаленной, чем уголь. Конечно, поглощательная, а следовательно, и испускательная способность угля гораздо больше, чем у извести для всех длин волн, и по:этому при равнои температу— ре уголь будет светиться во всем спектральном интервале ярче, чем известь. Но в описанных условиях опыта температура угля оказыва- ется гораздо ниже температуры извести. Причина лежит отчасти в химических процессах, сопровотдающихся поглощением тепла, отча- сти в том, что уголь именно в силу своей большой испускательной способности излучает много :энергии во всем спектре, в том числе очень много и в инфракрасной области. Этoт огромный непрерыв— ный расход ’энергии и приводит к тому, что температура, до которой раскаляется уголь, оказывается значительно ниже, чем температура самого пламени или извести, не несущей таких больших потерь энер- гии, ибо ее испускательная способность селективна и, в частности, в инфракрасной части очень мала.
Чрезвычайно поучительный случай применения закона I(ирхго— фа был описан Вудом. ІІак известно, плавленый квapц, т.е. стекло- обратная масса, изготовленная из чистых расплавленных кристаллов кварца, обладает хорошей прозрачностью в широком интервале длин волн. В соответствии с этим он плохо светится при накаливании. Ву- ду удалось приготовить тонкие столбики кварца, окрашенные ионами некоторых редких земель, например неодима, дающего ясные полосы
530 ТЕПЛ OBОЕ ИE.ЧYЧEHИE

поглощения; при нагревании такого кварца в пламени бунзеновской горелки можно было наблюдать прекрасный полосатый спектр, со- стоящий из красное, оранжевой и зеленой полос, разделенных тем— ными промежутками. Области максимумов свечение соответствовали

областям поглощения окротенного квар- ца при температуре, близкой к температу- ре свечение. При достаточно высокой тем- пературе, впрочем, и чистый плавленый кварц начинает заметно поглощать и ис— пускать свет, так что при температуре око- ло 1500 °С кварц светится белым светом.
Закон Кирхгофа имеет совершенно об- щее значение, независимое от механиз- ма, обусловливающего поглощение: вся— кая сильно поглощающая система будет и сильно излучать, независимо от того, обусловлено ли сильное поглощение свой- ствами поверхности или устройством сис— темы как целого. Так, например, щетка из стальных полированных иголок, располо— женных, как показано на рис. 36.5, будет
Рис. 35.5. Щетка из по- Сильно поглощать свет, ибо луч, попавший лированных иголок вслед- между иголками, претерпит многократкое ствие многократных отра— отражение от разных иголок, прежде чем жений обладает большое сможет выйти наружу. Таким образом, xo— поглощательной и испуска— тя поглощение поверхностью полирован- тельной способностью ной иголки невелико, общее поглощение
системы будет значительно, так как про- изойдет для каждого луча многократно. При нагревании такая систе- ма в согласии с законом Іlирхгофа будет и сильно испускать, причем и здесь механизм значительного испуска—
ния связан с тем, что каждыѐі участок поверхности иголки не только непосред- ственно излучает, но и отражает наружу многочисленные лучи, испускаемые дру- гими участками.
На таком же принципе основано устройство тела, наиболее приближающе— гося по своим свойствам к абсолютно чер- ному. Оно изготовляется в виде почти замкнутой полости (рис. 36.6), снабжен- нои маленьким отверстием, диаметр кото—

рого не больше 1/10 поперечника полости, так что отверстие видно из точек стенки под телесным углом, не большим 0,01 cp.
Рис. 35.5. Абсолютно чер- ное тело

Излучение, проникающее через отверстие, падает на стенки полости, частично поглощается ими, частично рассеивается или отражается и вновь попадает на стенки. Вследствие малых размеров отверстия луч должен претерпеть много отражении и рассеянии, прежде чем он смо- жет выйти из отверстия обратно наружу. Повторные поглощения на

ГЛ. XXXVI. Э АІ?ОНЫ ТЕП.ПОВОГО ИE.МУЧЕНИЯ 631



стенІ‹ х пргіводят к тому, что практически весь свет любой частоты поглощается такой полостью (см. упражненгіе 223).
Поглощающая способность хорошо выполненного черного тела описанного устроиства практически не отличается от едгінгіцы для любой длины волны. Согласно закону Кирхгофа, и испускательная ее способность очень близка к sp р, где Г означает температуру стенок полости. Во всех исследованиях с абсолютно черным телом пользуют- ся именно описанным устройством, значгітельно превосходящим по своим характеристикам поверхность, покрытую платиновоlі чернью илгі сажей. Следует, впрочем, отметить, что высокие поглощающие свойства этих материалов отчасти объясняются их пористостью, осо- бенно для сажгі, благодаря чему свет, попавшгій на нгіх, испытывает несколько отражений, прежде чем получает возможность выити из толщи материала. Таким образом, чернота самки особенно повышает— ся благодаря ее пористости. Этим же объясняется насыщенный цвет бархата или вообще тІ‹аней с длинным ворсом, в противоположность белесоватому тону гладкгіх тканей, отражающгіх разные длгіны волн; насыщенный цвет реющих знамен, драпировок, ниспадающих глубо— кимгі складками, и т.д.

§ 198. Излучение неверных тел

Нечерными теламгі в протгівоположность черным называют те- ла с поглощательной способностью Ар, , меньшей единицы. К этой категории принадлежат практически все тела, начиная от сажи, ко— эффициент поглощения которой близок к 0,99, и кончая хорошо по— лированнымгі металламгі, для которых коэффгіцгіент поглощения не превосходит нескольких процентов.
Согласно основному соотношенгlю Krlpxroфa, fip eq, Aq . Сле-
довательно, для неверных тел fip ep,p, ибо Ар, 1. Это значит,
что для tюбои длины волны испус—

кательная способность нечерного те—
ла не может быть больше испус- ^Е
кательной способности черного тела при одгінаковой температуре. Сам вид функціт fip может отлгlчаться от функции sp,p вследствие того, что no- глощательная способность Ар зави— сгіт от г, т.е. обладает избирательным (селектгівным) ходом.
В соответствии с этим и излучение нечерного тела может гіметь селектив—