Астронет > Кирхгофа закон излучения

Астронет: Д. К. Надежин, "Физика Космоса", 1986 Кирхгофа закон излучения
http://variable-stars.ru/db/msg/1189352

Кирхгофа закон излучения

- установлен нем. физиком Г.Р. Кирхгофом в 1859 г., применившим к излучению законы термодинамического равновесия. Известно, что всякое тело поглощает часть падающего на него эл.-магн. излучения, другую часть отражает и, вообще говоря, ещё одну часть пропускает. Доля поглощаемого излучения для данной частоты $\nu$ эл.-магн. колебаний наз. поглощательной способностью тела. Поглощательная способность $a(\nu, T)$ зависит также от темп-ры тела T. В свою очередь, каждое нагретое тело излучает энергию по нек-рому закону $\varepsilon_i(\nu, T)$ . К. з. и. утверждает, что отношение излучательной способности к поглощательной для всех тел (независимо от их формы, хим. состава, агрегатного состояния, св-в поверхности и т.д.) при данной темп-ре и для данной частоты одинаково:
${\varepsilon_1(\nu, T)\over {a_1(\nu, T)}}={\varepsilon_2(\nu, T)\over {a_2(\nu, T)}}=...=\varepsilon(\nu, T)$ . (1)
Универсальная ф-ция частоты и темп-ры $\varepsilon(\nu, T)$ есть излучательная способность абсолютно чёрного тела, она определяется Планка законом излучения. У абсолютно чёрного тела $a(\nu, T)=1$ , у др. тел а < 1, поэтому их излучательная способность на любой частоте и для любой темп-ры меньше, чем у абсолютно чёрного тела при той же частоте и темп-ре.

В астрофизике К. з. и. широко применяется при исследованиях распространения излучения в звёздах и в межзвёздной среде. При этом К. з. и. обычно используется в отличной от (1), т.н. локальной, форме:
$j_\nu=\alpha_\nu\cdot B_\nu(T)$ , (2)
где $j_\nu$ - коэфф. излучения (энергия, излучаемая единичным объёмом в единичном интервале частот в единичный телесный угол за ед. времени), $\alpha_\nu$ - коэфф. поглощения с учётом вынужденного испускания ( $\alpha_\nu=\varkappa_\nu \rho=1/l_\nu$ , где $\rho$ - плотность вещества, а $\varkappa_\nu$ и $l_\nu$ - соответственно непрозрачность и эффективная длина пробега фотонов для частоты $\nu$ ), $B_\nu(Т)$ - интенсивность излучения абсолютно чёрного тела.

Спектр. распределение энергии излучения непрозрачных тел, у к-рых $\alpha_\nu$ не зависит от частоты, согласно К. з. и., имеет такой же вид, как и у абсолютно чёрного тела. Такие тела наз. серыми. К. з. и. объясняет хорошо известные экспериментальные факты:
1) вещество излучает сильнее на тех частотах, на к-рых сильнее поглощает,
2) хорошо поглощающее тело одновременно явл. интенсивно излучающим.

К. з. и. справедлив лишь для теплового излучения, к-рое возникает, когда между частицами вещества устанавливается термодинамич. равновесие при определённой, единой для всех компонентов вещества, темп-ре. Напр., для атмосфер звёзд это означает, что распределения электронов и ионов по скоростям должны описываться Максвелла распределениями с одинаковой темп-рой, степень ионизации должна определяться Саха формулой, заселённости возбуждённых состояний атомов должны соответствовать Больцмана распределению и т.д. Однако К. з. и. часто применяют и в тех случаях, когда излучение не находится в равновесии с веществом и его распределение по частотам существенно отличается от планковского. При этом предположение о термодинамич. равновесии между частицами излучающего вещества оказывается хорошим, часто используемым при решении многих астрофизич. задач, приближением. В соответствии со сказанным, К. з. и. широко применяется для исследования переноса энергии излучением внутри звёзд и в их поверхностных слоях, а также при решении различных вопросов, касающихся взаимодействия эл.-магн. излучения с веществом космич. объектов, - во всех тех случаях, когда вещество находится в состоянии термодинамич. равновесия. Однако К. з. и. нельзя применять, напр., к солнечной короне, условия термодинамич. равновесия в к-рой сильно нарушены, он непригоден также для определения излучательных способностей источников нетеплового космич. излучения (синхротронного, мазерного и т. д.). Степень отклонения от К. з. и. может служить мерой отличия излучения космич. объектов от теплового.

(Д.К. Надёжин)

Д. К. Надежин, "Физика Космоса", 1986
Глоссарий Astronet.ru