Thế nào là bức xạ nhiệt cân bằng?

Thế nào là bức xạ nhiệt cân bằng? được chúng tôi sưu tầm và tổng hợp lí thuyết trong chương trình giảng dạy môn Vật lý lớp 8. Hi vọng rằng đây sẽ là những tài liệu hữu ích trong công tác giảng dạy và học tập của quý thầy cô và các bạn học sinh.

Lưu ý: Nếu bạn muốn Tải bài viết này về máy tính hoặc điện thoại, vui lòng kéo xuống cuối bài viết.

Câu hỏi: Thế nào là bức xạ nhiệt cân bằng?

Trả lời:

Sóng điện từ do các vật phát ra được gọi chung là bức xạ. Dạng bức xạ do các nguyên tử và phân tử bị kích thích bởi tác dụng nhiệt là phổ biến nhất và được gọi là bức xạ nhiệt.

Khi vật phát ra bức xạ, năng lượng của nó giảm và nhiệt độ giảm theo. Ngược lại khi vật hấp thụ bức xạ, năng lượng của nó tăng và nhiệt độ tăng theo. Trong trường hợp nếu phần năng lượng của vật mất đi do bức xạ được bù lại bằng phần năng lượng vật nhận được do hấp thụ, thì nhiệt độ của vật khi đó sẽ không đổi theo thời gian, bức xạ nhiệt của vật không thay đổi và gọi là bức xạ nhiệt cân bằng

1. Bức xạ nhiệt cân bằng

Sóng điện từ do các vật phát ra được gọi chung là bức xạ. Dạng bức xạ do các nguyên tử và phân tử bị kích thích bởi tác dụng nhiệt là phổ biến nhất và được gọi là bức xạ nhiệt.

Khi vật phát ra bức xạ, năng lượng của nó giảm và nhiệt độ giảm theo. Ngược lại khi vật hấp thụ bức xạ, năng lượng của nó tăng và nhiệt độ tăng theo. Trong trường hợp nếu phần năng lượng của vật mất đi do bức xạ được bù lại bằng phần năng lượng vật nhận được do hấp thụ, thì nhiệt độ của vật khi đó sẽ không đổi theo thời gian, bức xạ nhiệt của vật không thay đổi và gọi là bức xạ nhiệt cân bằng

2. Các đại lượng đặc trưng của sự phát xạ bức xạ cân bằng

Năng suất phát xạ toàn phần

- Cường độ bức xạ được xác định bởi công suất do một đơn vị diện tích bề mặt của vật phát ra. Độ trưng năng lượng hay năng suất phát xạ toàn phần của vật là đại lượng đo bằng thông lượng bức xạ dΦ_T do một đơn vị diện tích bề mặt của vật phát ra theo mọi phương:

- Đại lượng R_T được gọi là năng suất phát xạ toàn phần của vật ở nhiệt độ T

- Trong hệ SI đại lượng R_T được đo bằng đơn vị (W/m²)

Hệ số phát xạ đơn sắc

- Bức xạ toàn phần do vật phát ra ở nhiệt độ T có thể bao gồm nhiều bức xạ đơn sắc khác nhau. Mỗi bức xạ đơn sắc ứng với một giá trị xác định của bước sóng λ

- Giả sử một bức xạ đơn sắc có bước sóng nằm trong khoảng λ đến λ +dλ do một đơn vị diện tích ở nhiệt độ T phát ra trong một đơn vị thời gian mang theo năng lượng dR_T thì đại lượng sau được gọi là hệ số phát xạ đơn sắc:

- Trong hệ SI đại lượng r_λT có đơn vị (W/m³)

Ta có thể tìm được năng suất phát xạ toàn phần khi lấy tích phân hệ số phát xạ đơn sắc theo bước sóng

3. Các đại lượng đặc trưng của sự hấp thụ bức xạ cân bằng

Hệ số hấp thụ toàn phần

- Giả sử trong một đơn vị thời gian toàn bộ năng lượng bức xạ gửi tới một đơn vị diện tích có giá trị là dΦ_T, nhưng vật chỉ hấp thụ một phần năng lượng đó là dΦ’_T

- Đại lượng a_T được gọi là hệ số hấp thụ toàn phần của vật ở nhiệt độ T

- Trị số của a_T bao giờ cũng nhỏ hơn 1. a_T lớn thì năng lượng hấp thụ càng nhiều

Hệ số hấp thụ đơn sắc

- Bức xạ toàn phần gửi tới vật ở nhiệt độ T có thể bao gồm nhiều bức xạ đơn sắc khác nhau. Mỗi bức xạ đơn sắc ứng với một giá trị xác định của bước sóng λ

- Giả sử một bức xạ đơn sắc có bước sóng nằm trong khoảng λ đến λ +dλ gửi tới một đơn vị diện tích của vật một năng lượng dΦ_λ,T nhưng vật chỉ hấp thụ được năng lượng dΦ’_λ,T thì đại lượng sau được gọi là hệ số hấp thụ đơn sắc

4. Định luật Kirchhoff về bức xạ nhiệt cân bằng

Phát biểu định luật

- Tỷ số giữa hệ số phát xạ đơn sắc r_λ,T và hệ số hấp thụ đơn sắc a_λ,T của một vật bất kì ở trạng thái bức xạ nhiệt cân bằng không phụ thuộc vào bản chất của vật đó mà chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ T của nó và bước sóng λ của chùm bức xạ đang xét:

- Hàm ε_λ,T là hàm số chung cho mọi vật nên được gọi là hàm phổ biến

- Đối với vật đen tuyệt đối a_λ,T = 1 nên: r_λ,T = ε_λ,T .1 = ε_λ,T

- Như vậy hàm phổ biến ε_λ,T chính là hệ số phát xạ đơn sắc của vật đen tuyệt đối

Ý nghĩa thực tiễn của định luật

* Sự phát xạ của một vật bất kì

- Đối với vật bất kì a_λ,T < 1 nên theo định luật Kirchhoff ta có: r_λ,T = ε_λ,T.a_λ,T< ε_λ,T

- Sự phát xạ của một vật bất kì ứng với một bước sóng xác định bao giờ cũng yếu hơn sự phát xạ của vật đen tuyệt đối ứng với cùng bước sóng và nhiệt độ

* Điều kiện để một vật bất kì phát bức xạ

- Theo định luật Kirchhoff ta có: r_λ,T = ε_λ,T.a_λ,T suy ra muốn r_λ,T ≠ 0 thì ε_λ,T ≠ 0; a_λ,T ≠ 0

- Như vậy để một vật bất kì phát ra một bức xạ λ nào đó (r_λ,T ≠ 0 )thì nó phải hấp thụ bức xạ ấy (a_λ,T ≠ 0) và vật đen tuyệt đối ở cùng nhiệt độ đó cũng phải phát ra được bức xạ ấy (ε_λ,T ≠ 0)

----------------------------------------

Như vậy chúng tôi đã giới thiệu các bạn tài liệu Thế nào là bức xạ nhiệt cân bằng? Mời các bạn tham khảo thêm tài liệu: Lý thuyết môn Vật lí lớp 8, Giải bài tập môn Vật lý lớp 8, Giải vở bài tập Vật Lý 8, Tài liệu học tập lớp 8, ngoài ra các bạn học sinh có thể tham khảo thêm đề học kì 1 lớp 8 và đề thi học kì 2 lớp 8 mới nhất được cập nhật.