Температура излучения

Наконец, есть еще один способ охарактеризовать электромагнитное излучение — указав его температуру. Строго говоря, этот способ годится только для так называемого чернотельного или теплового излучения. Абсолютно черным телом в физике называют объект, поглощающий всё падающее на него излучение. Однако идеальные поглощающие свойства не мешают телу самому испускать излучение. Наоборот, для такого идеализированного тела можно точно рассчитать вид спектра излучения. Это так называемая кривая Планка, форма которой определяется единственным параметром — температурой. Знаменитый горб этой кривой показывает, что нагретое тело мало излучает как на очень длинных, так и на очень коротких волнах. Максимум излучения приходится на вполне определенную длину волны, значение которой прямо пропорционально температуре.

Указывая эту температуру, нужно иметь в виду, что это не свойство самого излучения, а лишь температура идеализированного абсолютно черного тела, которое на данной волне имеет максимум излучения. Если есть основание считать, что излучение испущено нагретым телом, то, найдя максимум в его спектре, можно приближенно определить температуру источника. Например, температура поверхности Солнца составляет 6 тысяч градусов. Это как раз соответствует середине видимого диапазона излучения. Вряд ли это случайно — скорее всего, глаз за время эволюции приспособился максимально эффективно использовать солнечный свет.

Неоднозначность температуры

Точка спектра, на которую приходится максимум чернотельного излучения, зависит от того, на какой оси мы строим график. Если по оси абсцисс равномерно откладывать длину волны в метрах, то максимум будет приходиться на

λmax = b/T = (2,9·10–3 м·К)/T,

где b = 2,9·10–3 м·К. Это так называемый закон смещения Вина. Если построить тот же спектр, равномерно отложив на оси ординат частоту излучения, местоположение максимума вычисляется по формуле:

νmax = (αk/h) · T = (5,9·1010 Гц/К) · Т,

где α = 2,8, k = 1.4·10–23 Дж/К — постоянная Больцмана, h — постоянная Планка.

Все было бы хорошо, но, как выясняется λmax и νmax ·соответствуют разным точкам спектра. Это становится очевидно, если вычислить длину волны, соответствующую νmax, то получится:

λ'max = сmax = (сhk)/T = (5,1·10–3 м·К)/Т.

Таким образом, максимум спектра, определенный по частоте, в λ'maxmax = 1,8 раза отличается по длине волны (а значит и по частоте) от максимума того же спектра, определенного по длинам волн. Иными словами, частота и длина волны максимума чернотельного излучения не соответствуют друг другу: λmax ≠ сmax.

В видимом диапазоне принято указывать максимум спектра теплового излучения по длине волны. В спектре Солнца, как уже говорились, он приходится на видимый диапазон. Однако по частоте максимум солнечного излучения лежит в ближнем инфракрасном диапазоне.

А вот максимум космического микроволнового излучения с температурой 2,7 К принято указывать по частоте — 160 МГц, что соответствует длине волны 1,9 мм. Между тем, в графике по длинам волн максимум реликтового излучения приходится на 1,1 мм.

Всё это показывает, что температуру надо с большой осторожностью использовать для описания электромагнитного излучения. Ее можно применять только в случае излучения, близкого по спектру к тепловому, либо для очень грубой (с точностью до порядка) характеристики диапазона. Например, видимому излучению соответствует температура в тысячи градусов, рентгену — миллионы, микроволновому — около 1 кельвина.

Далее: Диапазоны излучения и вещество


4
Показать комментарии (4)
Свернуть комментарии (4)

  • romanov  | 13.04.2009 | 10:21 Ответить
    "...2,7 К принято указывать по частоте - 160 МГц, что соответствует длине волны 1,9 мм. Между тем, в графике по длинам волн максимум реликтового излучения приходится на 1,1 мм,,."

    Иногда надо делать оценку численных значений! Частота будет не 160 Мгц, а 280 Ггц. Не надо обманывать школьников!
    Второе: с законом Вина согласен, все так и есть, а вот откуда взяли вторую формулу, даже представить немогу! Сами придумали?
    Ответить
    • KBAHT24 > romanov | 24.03.2010 | 09:50 Ответить
      Спасибо за комментарии! Тогда, получается температура однозначна? Я тоже знаю только закон Вина, но я ещё так мало знаю=((
      Ответить
      • KBAHT24 > KBAHT24 | 24.03.2010 | 09:55 Ответить
        Пара ошибок уже! Можно ли верить инету??
        Ответить
  • autumnate  | 28.10.2014 | 01:33 Ответить
    Откладываем по оси абсцисс длину волны, строим график, стираем значения длин волн, пишем соответствующие им значения частот - и график у нас на глазах сам собой переползает в сторону! Магия!

    Или я вообще ничего не понимаю, или ерунда какая-то со статьей.
    Ответить
Написать комментарий
Элементы

© 2005-2017 «Элементы»