4 Hauptstrahlungsgesetze
Dieser Artikel beleuchtet die vier Hauptgesetze der Strahlung. Die Gesetze sind: 1. Kirchoff-Gesetz 2. Stefan-Boltzman-Gesetz 3. Planck-Gesetz 4. Wein-Verdrängungsgesetz.
1. Kirchoff-Gesetz:
Jedes graue Objekt (außer einem perfekten schwarzen Körper), das Strahlung empfängt, gibt einen Teil davon in Reflexion und Transmission ab. Absorptionsvermögen, Reflexionsvermögen und Durchlässigkeit sind jeweils kleiner oder gleich eins.
Das Kirchoffsche Gesetz besagt, dass das Absorptionsvermögen (a) eines Stoffes für Strahlung einer bestimmten Wellenlänge gleich dem Emissionsgrad für dieselbe Wellenlänge ist und durch die folgende Gleichung gegeben ist:
a (λ) = e (λ)
Frequenz (f):
Sie ist definiert als Anzahl der Zyklen / Schwingungen pro Zeiteinheit.
Zeitraum (τ):
Es ist die Zeit einer Schwingung, die gleich 1 / f ist.
Wellennummer:
Es ist gleich 1 / λ.
Lichtgeschwindigkeit (C):
Es ist das Produkt aus Wellenlänge und Frequenz der Welle. Die Lichtgeschwindigkeit beträgt 3 x 10 8 ms -1 .
Wellenamplitude (A):
Der mittlere Abstand der hypothetischen Achse vom Scheitel oder Tiefpunkt wird Wellenamplitude genannt.
Energie, Wellenlänge und Temperatur:
Alle Körper absorbieren Energie und übertragen diese. Ein guter Absorber bei einer gegebenen Wellenlänge ist auch ein guter Strahler bei derselben Wellenlänge. Wenn der Körper die maximale Intensität aller Wellenlängen ausstrahlt, spricht man von einem schwarzen Körper oder einem perfekten Strahler. Neuschnee absorbiert die Infrarotstrahlung der Erde und der Atmosphäre, während er die Strahlung der Sonne reflektiert.
Die Strahlungsintensität steigt mit der Temperatur. Je höher die Temperatur, desto kürzer ist die Wellenlänge. Die Durchschnittstemperatur der Sonne beträgt 6000 ° K. Die Wellenlänge dieser Strahlung liegt nahe bei 0, 5 µm. Die Erdoberfläche strahlt bei einer mittleren Oberflächentemperatur von 15 ° C 10 µm aus.
Die Sonne strahlt mit einer Rate von 100 cal cm -2 - min -1 (langley), während die Strahlungsintensität der Erde 1 cal cm -2 min -1 beträgt. Für praktische Zwecke reicht die Strahlung der Erde von 0, 1 bis 1, 0 cal cm -2 min -1 . Je höher die Temperatur, desto stärker ist die Rückstrahlung von der Erde in den Weltraum. Je niedriger die Temperatur ist, desto schwächer ist der abgegebene Energiefluss.
2. Stefan-Boltzman-Gesetz:
Dieses Gesetz besagt, dass die Intensität der Strahlung, die von einem abstrahlenden Körper abgegeben wird, proportional zur vierten Potenz der absoluten Temperatur dieses Körpers ist.
Strahlungsfluss = ƐσT 4
Woher,
= Stefan-Boltzmans Konstante = 5, 67 · 10 & supmin; & sup5;
Em = Emissionsgrad eines Körpers (0 <s> 1, 0)
T = Absolute Temperatur der Oberfläche in ° K.
Beispielsweise ist die Strahlungsflussdichte von einem Körper bei 303 ° K um 52% größer als bei 273 ° K, obwohl der Anstieg der absoluten Temperatur nur 30 ° K beträgt.
3. Planck-Gesetz:
Elektromagnetische Strahlung besteht aus einem Fluss von Quanten oder Partikeln, und der Energieinhalt (E) jedes Quants ist proportional zur Frequenz.
Es wird durch die folgende Gleichung gegeben:
E = hv
Dabei ist E = Energiegehalt
h = Plancksche Konstante = 6, 625 x 10 & ndash; 27 erg / sec
v = Frequenz
Es ist klar, dass je größer die Frequenz, desto kürzer die Wellenlänge und desto größer ist der Energiegehalt des Quants. Mit anderen Worten: Je kürzer die Wellenlänge, desto größer ist die Energie des Quants. Daher sind Quanten ultravioletten Lichts energetischer als Quanten roten Lichts.
4. Das Verschiebungsgesetz von Wein:
Gemäß diesem Gesetz ist die Wellenlänge der maximalen Strahlungsintensität von einem schwarzen Körper umgekehrt proportional zur absoluten Temperatur des Strahlungskörpers. Es wird durch die folgende Gleichung gegeben:
Wellenlänge (λ max ) der maximalen Emissionsintensität (µ) = b / T
Woher,
λ max ist die Wellenlänge, bei der die maximale Strahlung abgegeben wird. Sie nimmt mit steigender Temperatur ab.
b ist konstant = 2897
T ist die Temperatur der Oberfläche in Kelvin
Daher ist λ max (& mgr ;) = 2897 T –1
Die Sonnentemperatur beträgt 6000 ° K, für die der Wert der maximalen Wellenlänge 0, 5 µm beträgt, und für die Erde beträgt die Durchschnittstemperatur 300 ° K, für die der Wert der maximalen Wellenlänge 10 µm beträgt. Von der von der Sonne emittierten Gesamtenergie sind 7% bei einer Wellenlänge von weniger als 0, 4 µm, 44% bei einer Wellenlänge im Bereich von 0, 4 bis 0, 7 µm und 49% bei einer Wellenlänge von mehr als 0, 7 µm.
