¿Qué es la "radiación de cuerpo negro"?
Radiación de cuerpo negro [chino]: radiación de cuerpo negro
[inglés]: radiación de cuerpo negro
Cualquier objeto tiene la capacidad de irradiar continuamente, absorben y emiten ondas electromagnéticas. Las ondas electromagnéticas radiadas son diferentes en cada banda, es decir, tienen una distribución espectral determinada. Esta distribución espectral está relacionada con las características del propio objeto y su temperatura, por eso se llama radiación térmica. Para estudiarlo no depende de las propiedades físicas específicas del material. Según las leyes de la radiación térmica, los físicos han definido un objeto ideal, el cuerpo negro, como objeto estándar para la investigación de la radiación térmica.
El llamado cuerpo negro significa que todas las ondas electromagnéticas incidentes son absorbidas, no hay reflexión ni transmisión (por supuesto, el cuerpo negro aún irradia hacia afuera). El agujero negro puede ser un cuerpo negro ideal.
La ley de radiación de Kirchhoff (Kirchhoff), la relación entre la energía radiada y la energía absorbida por un objeto en equilibrio térmico no tiene nada que ver con las propiedades físicas del objeto en sí, sino que sólo está relacionada con la longitud de onda y la temperatura. Según Kirchhoff Según la ley de radiación, a una determinada temperatura, un cuerpo negro debe ser el objeto con mayor capacidad de radiación y puede considerarse un radiador completo.
La ley de radiación de Planck (Planck) da la Distribución espectral específica de la radiación de un cuerpo negro A una determinada temperatura, la energía irradiada por un cuerpo negro por unidad de área en unidad de tiempo, unidad de ángulo sólido e intervalo de longitud de onda unitaria es B(λ, T)=2hc2. /λ5 ·1/exp(hc /λRT)-1
B(λ, T): brillo de la radiación espectral del cuerpo negro (W, m-2, Sr-1, μm-1)
Emisión de radiación espectral del cuerpo negro La fórmula para la relación entre el grado M (λ, T), la longitud de onda y la temperatura termodinámica:
M=c1/[λ^5(exp(c2/ λT)-1)], donde c1=2πhc^ 2, c2=hc/k.
Fórmula de densidad de energía del cuerpo negro:
E*dν=c1*v^3*dv /[exp(c2*v/T)-1 )]
E*dv representa la densidad de energía de radiación del cuerpo negro en el rango de frecuencia (v, v dv).
λ— longitud de onda de radiación (μm)
T—Temperatura absoluta del cuerpo negro (K, T=t 273k)
C—Velocidad de la luz (2.998×108 m·s-1 )
h—Constante de Planck, 6.626×10 -34 J·S
K—Constante de Boltzmann (Bolfzmann), 1.380×10-23 J·K-1 constantes físicas básicas
Se puede ver en la Figura 2.2 (faltante) Se puede ver que:
①A una determinada temperatura, el brillo de la radiación espectral del cuerpo negro tiene un valor extremo. este valor extremo está relacionado con la temperatura. Esta es la ley de desplazamiento de Wien (Wien)
λm T=2.898×103 (μm·K)
λm —La longitud de onda en el cuerpo negro máximo. radiancia espectral (μm)
T —La temperatura absoluta del cuerpo negro (K)
p>Según la ley de Wien, podemos estimar que cuando T~6000K, λm es 0,48μm (verde). Este es el brillo espectral máximo aproximado de la radiación solar.
Cuando T~ 300 K, λm ~ 9,6 μm, este es el brillo espectral máximo aproximado de la radiación de los objetos terrestres.
②En cualquier longitud de onda, el brillo de la radiación espectral de un cuerpo negro de alta temperatura es absolutamente mayor que el de un cuerpo negro de baja temperatura, independientemente de si la longitud de onda es el brillo radiante máximo del espectro.
Si B(λ, T) se integra en todas las longitudes de onda y también en cada dirección de radiación, entonces se puede obtener la ley de Stephan-Boltzmann ( Stefan-Boltzmann), la energía total radiada por unidad de área de un cuerpo negro con temperatura absoluta T en todas las direcciones del espacio por unidad de tiempo es B(T)
> B(T)=δT4 (W·m-2)
δ es la constante de Stefan-Boltzmann, que es igual a 5,67×10-8 W·m-2 ·K-4
Pero un cuerpo negro tan ideal no existe en el mundo real, entonces, ¿qué se utiliza para describir esta diferencia? Para cualquier longitud de onda, la emisividad se define dentro de un pequeño intervalo de longitud de onda de la longitud de onda real. El objeto es el mismo que el de un cuerpo negro a la misma temperatura. La relación de energía radiante Obviamente, la emisividad es un número positivo entre 0 y 1. Generalmente, la emisividad depende de las propiedades del material, los factores ambientales y las condiciones de observación. la emisividad no tiene nada que ver con la longitud de onda, entonces el objeto se puede llamar cuerpo gris (cuerpo gris), de lo contrario se llama radiador selectivo.