√ 黒体放射、熱放射の定義、公式と問題例

September 01, 2023
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黒体放射、熱放射の定義、公式と問題例 – この議論では、黒体放射について説明します。これには、黒体輻射、熱輻射、黒体輻射の問題の公式と例の概念が含まれており、完全かつ簡単に説明されています。詳細については、以下のレビューを注意深く参照してください。

黒体放射、熱放射の定義、公式と問題例

まず黒体輻射の意味を慎重に議論しましょう。

黒体放射の定義

黒は、そこに当たるすべての光や光線を吸収し、物体を加熱する色です。例えば、日中に黒い服やシャツを着ていると、当然とても暑いです。この現象は黒体放射と呼ばれます。

黒体放射は、物体の周囲または内部で発生する熱電磁放射の一種です。環境との熱力学的平衡状態にあるとき、または身体からの排出プロセスがあるとき黒。一方、黒体は不透明で光を反射できない物体です。

白熱電球を詳しく見てみると、ランプは青色であっても、電球のフィラメントは白っぽい黄色をしています。これは、白熱灯の温度が 2000 K を超えるために発生します。 2,000 K を超える角度を持つすべてのオブジェクトは白色光を放射します。

光は真空中を伝播し、干渉や回折とほぼ同じように光は波とみなされます。光が原子または分子と相互作用する場合、光は粒子とみなされます。これらの現象には、熱放射、光電効果、コンプトン現象が含まれます。

熱放射の定義

熱放射または熱放射とも呼ばれる、温度の結果として物体から放出される放射です。それぞれの物体は熱放射を発しますが、一般に私たちが物体を見ることができるのは次のような理由によるものです。物体が放射線を発しているからではなく、物体に入射した光が反射するのです熱い。

温度が 1,000 K を超えると熱を放射するため、物体が見えるようになります。この温度では、電気ストーブの加熱コイルなどの物体が赤く光り始めます。 2,000 K を超える温度では、白熱灯のフィラメントの白色光のように、光る物体は白っぽくなるか黄色になります。

物体の温度が上昇すると、放出される光スペクトルの相対強度が変化します。これにより、観察されるスペクトルの色の変化が生じ、これを物体の温度の決定に使用できます。

一般に、高温の物体から放出される熱放射のスペクトルの詳細な形状は、物体の組成によって異なります。それでも、実験結果は、普遍的な特性を持つ熱いスペクトルを発する 1 つのクラスの熱い物体が存在することを示しています。この物体は黒体または黒体です。

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前に説明したように、黒体は入ってくる放射線をすべて吸収します。別の用語は、黒体からは放射線が反射されないということです。したがって、黒体の吸光度と放射率の値は 1 に等しいことになります。

放射率 (放出電力) は材料の特性であり、放出される電力の比率を表します。同じ温度の黒体が放出する表面の単位面積あたりのパワー。一方吸収（吸収力）は、物体から発せられる光束に対する、物体から放出または吸収される光束の比率です。

黒い物体は、小さな穴のある黒い空洞に例えられます。穴を通ってキャビティに入る光はほとんどなく、光線は穴から再び出ることができずにキャビティ内で繰り返し反射されます。

反射するたびに、光は黒い壁に吸収されます。黒体は、温度が周囲の温度より低い場合は周囲の光を吸収し、温度が周囲の温度より高い場合は周囲に光を放射します。これは下の画像で見ることができます。黒い物体が十分な温度に加熱されると、くすぶっているように見えます。

完全な黒体は熱をよく放出します (e = 1)。ほぼ完璧な例としては、家の中に空気の取り入れ口 (通気口) が開けられた密閉された箱があります。

黒体放射線の公式

黒体放射はすべての波長に及びます。この波長領域におけるエネルギー分布は、ある波長で最大値を示すという特徴を持っています。最大値の位置は温度に依存し、温度が上昇すると短波長方向に移動またはシフトします。

1879 年、ヨーゼフステファンというオーストリアの物理学者は、黒体放射の普遍的な性質を調べる実験を実施しました。その後、彼は単位面積あたりの総電力がすべての周波数で放射されることを発見しました。熱い黒体（総強度）は温度の 4 乗に比例します。絶対に。したがって、次のように定式化できます。

I 合計 = σ。 T4………………………………………………。 (1)

すべての周波数における黒体の表面の放射線の強度を示します。 T は物体の絶対温度、σ はステファン・ボルツマン定数で、5.67 x 10-8 Wm-2K-4 です。

黒体ではない高温体の場合は、次のように 1 より小さい追加の放射率係数が与えられるだけで、同様の法則が満たされます。

I 合計 = e.σ.T4…………………….. (2)

強度は単位面積あたりのパワーであるため、式 (2) は次のように記述できます。

P/A = e.σ.T4…………………………..(3)

条件の下:
P = 放射パワー (W)
A = 物体の表面積 (m2)
e = 放射率係数
T = 絶対温度 (K)

数年後、光の電磁波の理論に基づいて、ルートヴィヒ・ボルツマン (1844 - 1906) ジョセフ・ステファン (1853 – 1893) が熱力学と方程式を組み合わせて表現した法則の理論的継承マクスウェル。したがって、方程式 (2) はステファン・ボルツマンの法則としても知られており、次のようになります。

「単位時間内に黒体の単位表面から放出されるエネルギー量は、その熱力学温度の 4 乗に直接比例します。」

黒体放射の問題の例

1.白熱電球は球体と考えることができます。最初の白熱灯の半径は 2 番目の白熱灯の半径の 3 倍で、最初の白熱灯の温度は 67 ℃、2 番目の白熱灯の温度は 407 ℃です。次に、1 番目の白熱ランプと 2 番目の白熱ランプの放射電力の比を決定します。

知られている：
T1 = (67 + 273)K = 340K
T2 = (407 = 273)K = 680K
R1 = 3 R2

(最初の) ランプと 2 番目のランプの放射パワーの比較。
放射パワー比

以上、について説明してきましたが、 黒体放射、熱放射の定義、公式と問題例、うまくいけば、あなたの洞察力と知識を増やすことができます。訪問していただきありがとうございます。他の記事もぜひお読みください。

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