Kirchhoffs strålningslag

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 22 december 2021; verifiering kräver 1 redigering .

Kirchhoffs lag om strålning är en fysisk lag som fastställdes av den tyske fysikern Gustav Kirchhoff 1859 .

Beskrivning

Lagens nuvarande lydelse lyder som följer:

Förhållandet mellan varje kropps emissivitet och dess absorptionsförmåga är detsamma för alla kroppar vid en given temperatur för en given frekvens och beror inte på deras form och kemiska natur.

Det är känt att när elektromagnetisk strålning faller på en viss kropp reflekteras en del av den, en del absorberas och en del kan sändas ut. Andelen absorberad strålning vid en given frekvens kallas kroppens absorbans . Å andra sidan utstrålar varje uppvärmd kropp energi enligt en viss lag som kallas kroppens emissivitet . $a(\omega ,T)$ $r(\omega ,T)$

Mängderna och kan variera mycket när man flyttar från en kropp till en annan, men enligt Kirchhoffs lag om strålning beror förhållandet mellan emitterande och absorberande krafter inte på kroppens natur och är en universell funktion av frekvens ( våglängd ) och temperatur: $a(\omega ,T)$ $r(\omega ,T)$

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

Per definition absorberar en helt svart kropp all strålning som faller på den, det vill säga för den . Därför sammanfaller funktionen med emissiviteten hos en absolut svart kropp, beskriven av Plancks formel , som ett resultat av vilken emissiviteten hos vilken kropp som helst kan hittas endast baserat på dess absorptionsförmåga. $a(\omega ,T)=1$ $f(\omega ,T)$

Verkliga kroppar har mindre absorptionsförmåga än enhet, och därför mindre än en helt svart kropps emissivitet. Kroppar vars absorptionsförmåga inte beror på frekvens kallas grå. Deras spektrum har samma form som en helt svart kropp. I det allmänna fallet beror kropparnas absorptionskapacitet på frekvens och temperatur, och deras spektrum kan skilja sig avsevärt från spektrumet för en absolut svart kropp. Studien av emissiviteten hos olika ytor utfördes först av den skotske vetenskapsmannen Leslie med sin egen uppfinning - Leslie-kuben .

I teoretiska studier är det mer praktiskt att använda frekvensfunktionen för att karakterisera den spektrala sammansättningen av termisk jämviktsstrålning . I experimentellt arbete är det bekvämare att använda våglängdsfunktionen . Båda funktionerna är relaterade till varandra genom formeln $f(\omega ,T)$ $\phi (\lambda ,T)$

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

Tillämpningar av Kirchhoffs lag

Inom astrofysik

Inom astrofysik tillämpas Kirchhoffs lag ofta i följande form:

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

var är strålningskoefficienten (energin som sänds ut av en volymenhet i en enhetsfrekvensintervall per enhet rymdvinkel per tidsenhet); är absorptionskoefficienten med hänsyn till stimulerad emission ( , där är densiteten av ämnet, och och är, respektive opaciteten och den effektiva väglängden för fotoner för frekvensen ); är intensiteten av strålningen från en absolut svart kropp. $j_{\nu }$ $\alpha _{\nu }$ $\alpha _{\nu }=\chi _{\nu }\rho =1/l_{\nu }$ $\rho$ $\chi _{\nu }$ $l_{\nu }$ $\nu$ $B_{\nu }(T)$

Kirchhoffs lag är endast giltig för fall av termisk jämvikt . Det används dock ofta för icke-jämviktssystem, när strålningen inte är i jämvikt med ämnet och dess frekvensfördelning skiljer sig väsentligt från Planck. I detta fall visar sig ofta (men inte alltid) antagandet om termodynamisk jämvikt mellan partiklarna i det utstrålande ämnet vara en bra approximation. Graden av avvikelse från Kirchhoff-lagen kan tjäna som ett mått på skillnaden mellan strålning från rymdobjekt och termisk strålning.

Litteratur

Kirchhoffs lag om strålning / Nadezhin D. K. // Rymdens fysik: Little encyclopedia / Redaktionsråd: R. A. Sunyaev (Chief ed.) och andra - 2nd ed. - M .: Soviet Encyclopedia , 1986. - S. 300. - 783 sid. — 70 000 exemplar.
Kirchhoffs lag // Fysikkurs, volym 3 / Savelyev I.V .. - 4:e uppl. - St Petersburg. : Lan , 2016. - S. 10. - 308 sid. - 200 exemplar.
Planck, M. Teorin om värmestrålning. — 2:a. - P. Blakistons Son & Co , 1914.
Mihalas, D.; Weibel-Mihalas, B. Foundations of Radiation Hydrodynamics . - Oxford University Press , 1984. - ISBN 0-19-503437-6 .
Chandrasekhar, S. Radiative Transfer . — Reviderad nytryck. - Dover Publications , 1960. - ISBN 978-0-486-60590-6 .
Goody, R.M.; Yung, YL Atmosfärisk strålning : Teoretisk grund . — 2:a. - Oxford University Press , 1989. - ISBN 978-0-19-510291-8 .

Länkar

Physical Encyclopedia, v.2 - M.: Great Russian Encyclopedia s.368 och s.369
Chefredaktör A. M. Prokhorov. Kirchhoff strålningslag // Physical Encyclopedic Dictionary. - Sovjetiskt uppslagsverk . - M. , 1983. (ryska)
Kirchhoff, G. Ueber das Verhältniss zwischen dem Emissionsvermögen und dem Absorptionsvermögen der Körper für Wärme and Licht (tyska) // Annalen der Physik und Chemie : magazin. - 1860. - Bd. 109 , nr. 2 . - S. 275-301 . - doi : 10.1002/andp.18601850205 . - .
Milne, E.A. Thermodynamics of the Stars // Handbuch der Astrophysik . - 1930. - T. 3, del 1 . - S. 63-255 .

Ordböcker och uppslagsverk	Britannica (online)