Kirchhoffův radiační zákon

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 22. prosince 2021; ověření vyžaduje 1 úpravu .

Kirchhoffův zákon záření je fyzikální zákon , který zavedl německý fyzik Gustav Kirchhoff v roce 1859 .

Popis

Současné znění zákona zní takto:

Poměr emisivity libovolného tělesa k jeho absorpční kapacitě je pro všechna tělesa při dané teplotě pro danou frekvenci stejný a nezávisí na jejich tvaru a chemické povaze.

Je známo, že když elektromagnetické záření dopadá na určité těleso, jeho část se odráží, část je pohlcena a část může být přenášena. Podíl absorbovaného záření při dané frekvenci se nazývá absorbance těla . Na druhé straně každé zahřáté těleso vyzařuje energii podle určitého zákona zvaného emisivita tělesa . $a(\omega ,T)$ $r(\omega ,T)$

Veličiny a mohou se při pohybu z jednoho tělesa na druhé značně lišit, avšak podle Kirchhoffova zákona o záření nezávisí poměr vyzařovacích a absorbujících výkonů na povaze tělesa a je univerzální funkcí frekvence ( vlnové délky ) a teplota: $a(\omega ,T)$ $r(\omega ,T)$

{\frac {r(\omega ,T)}{a(\omega ,T)))=f(\omega ,T)

Podle definice zcela černé těleso pohlcuje veškeré záření dopadající na něj, tedy pro něj . Funkce se tedy shoduje s emisivitou absolutně černého tělesa, popsanou Planckovým vzorcem , v důsledku čehož lze emisivitu jakéhokoli tělesa zjistit pouze na základě jeho absorpční kapacity. $a(\omega ,T)=1$ $f(\omega ,T)$

Reálná tělesa mají absorpci menší než jednotu, a tedy i emisivitu menší než úplně černé těleso. Tělesa, jejichž absorpční kapacita nezávisí na frekvenci, se nazývají šedá. Jejich spektrum má stejný tvar jako u zcela černého tělesa. Obecně platí, že absorpční kapacita těles závisí na frekvenci a teplotě a jejich spektrum se může výrazně lišit od spektra absolutně černého tělesa. Studii emisivity různých povrchů poprvé provedl skotský vědec Leslie pomocí vlastního vynálezu - Leslieho kostky .

V teoretických studiích je pro charakterizaci spektrálního složení rovnovážného tepelného záření vhodnější použít frekvenční funkci . V experimentální práci je výhodnější použít funkci vlnové délky . Obě funkce spolu souvisí vzorcem $f(\omega ,T)$ $\phi (\lambda ,T)$

$f(\omega ,T)={\frac {2\pi c}{\omega ^{2}}}\phi (\lambda ,T)={\frac {\lambda ^{2}}{ 2\pi c}}\phi (\lambda ,T)$

Aplikace Kirchhoffova zákona

V astrofyzice

V astrofyzice se Kirchhoffův zákon často používá v následující podobě:

j_{\nu }=\alpha _{\nu }\cdot B_{\nu }\left(T\right)

kde je koeficient záření (energie emitovaná jednotkovým objemem v intervalu jednotkové frekvence na jednotku prostorového úhlu za jednotku času); je koeficient absorpce zohledňující stimulovanou emisi ( , kde je hustota látky a a jsou, v tomto pořadí, opacita a efektivní délka dráhy fotonů pro frekvenci ); je intenzita záření absolutně černého tělesa. $j_{\nu }$ $\alpha _{\nu }$ $\alpha _{\nu }=\chi _{\nu }\rho =1/l_{\nu }$ $\rho$ $\chi _{\nu }$ $l_{\nu }$ $\nu$ $B_{\nu } (T)$

Kirchhoffův zákon platí pouze pro případy tepelné rovnováhy . Často se však používá pro nerovnovážné systémy, kdy záření není v rovnováze s látkou a jeho frekvenční rozložení se výrazně liší od Planckova. V tomto případě se často (ale ne vždy) ukazuje jako dobrá aproximace předpoklad termodynamické rovnováhy mezi částicemi vyzařující látky. Míra odchylky od Kirchhoffova zákona může sloužit jako míra rozdílu mezi zářením vesmírných objektů a tepelným zářením.

Literatura

Kirchhoffův zákon záření / Nadezhin D. K. // Fyzika vesmíru: Malá encyklopedie / Redakční rada: R. A. Sunyaev (hlavní vyd.) a další - 2. vyd. - M .: Sovětská encyklopedie , 1986. - S. 300. - 783 s. — 70 000 výtisků.
Kirchhoffův zákon // Kurz fyziky, svazek 3 / Savelyev I.V .. - 4. vyd. - Petrohrad. : Lan , 2016. - S. 10. - 308 s. - 200 výtisků.
Planck, M. Teorie tepelného záření. — 2. - P. Blakiston's Son & Co , 1914.
Mihalas, D.; Weibel-Mihalas, B. Základy radiační hydrodynamiky . - Oxford University Press , 1984. - ISBN 0-19-503437-6 .
Chandrasekhar, S. Radiační přenos . — Upravený dotisk. - Dover Publications , 1960. - ISBN 978-0-486-60590-6 .
Goody, R.M.; Yung, YL Atmosférické záření : Teoretický základ . — 2. - Oxford University Press , 1989. - ISBN 978-0-19-510291-8 .

Odkazy

Fyzická encyklopedie, v.2 - M.: Velká ruská encyklopedie s.368 a s.369
Šéfredaktor A. M. Prochorov. Kirchhoffův zákon o záření // Fyzikální encyklopedický slovník. - Sovětská encyklopedie . - M. , 1983. (Ruština)
Kirchhoff, G. Ueber das Verhältniss zwischen dem Emissionsvermögen und dem Absorptionsvermögen der Körper für Wärme and Licht (německy) // Annalen der Physik und Chemie : magazín. - 1860. - Bd. 109 , č. 2 . - S. 275-301 . - doi : 10.1002/andp.18601850205 . - .
Milne, E.A. Termodynamika hvězd // Handbuch der Astrophysik . - 1930. - T. 3, část 1 . - S. 63-255 .

Slovníky a encyklopedie	Britannica (online)