Закон Кирхгофа

Кирхгоф, опираясь на второй закон термодинамики и анализируя условия равновесного излучения в изолированной системе тел, установил количественную связь между спектральной плотностью энергетической светимости и спектральной поглощательной способностью тел. Отношение спектральной плотности энергетической светимости к спектральной поглощательной способности не зависит от природы тела; оно является для всех тел универсальной функцией частоты (длины волны) и температуры (закон Кирхгофа):

(198.1)

Для черного тела А^ч_{v, T} ≡ 1, поэтому из закона Кирхгофа (см. (198.1)) вытекает, что R_{v, T}для черного тела равна r_{v, T}. Таким образом, универсальная функция Кирхгофа r_{v, T} есть не что иное, как спектральная плотность энергетической светимости черного тела. Следовательно, согласно закону Кирхгофа, для всех тел отношение спектральной плотности энергетической светимости к спектральной плотности энергетической светимости к спектральной поглощательной способности равно спектральной плотности энергетической светимости черного тела при той же температуре и частоте.

Из закона Кирхгофа следует, что спектральная плотность энергетической светимости любого тела в любой области спектра всегда меньше спектральной плотности энергетической светимости черного тела (при тех же значениях Ти v), так как А_{v, T} < 1 и поэтому R_{v, T} < r_{v, T}.Кроме того, из (198.1) вытекает, что если тело при данной температуре T не поглощает электромагнитные волны в интервале частот от v до v+dv, то оно их в этом интервале частот при температуре T и не излучает, так как при А_{v, T} = 0 R_{v, T} = 0.

Используя закон Кирхгофа, выражение для энергетической светимости тела (197.2) можно записать в виде

(198.2)

- энергетическая светимость черного тела (зависит только от температуры).

Закон Кирхгофа описывает только тепловое излучение, являясь настолько характерным для него, что может служить надежным критерием для определения природы излучения. Излучение, которое закону Кирхгофа не подчиняется, не является тепловым.

Существуют два метода световых измерений: субъективный (зрительный), при котором приемником служит человеческий орган зрения (глаз), и объективный (физический), где для световых измерений используются физические приемники — фотоэлементы, фотоумножители, фотографические материалы и др. В настоящее время субъективные измерения проводятся значительно реже, чем объективные. Субъективным методом пользуются при градуировке физических приемников, измерениях на линейном фотометре (светотехнической скамье), измерениях цветовой температуры. Измерение яркости проводят тем и другим методом. Для измерения освещенности, светового потока, снятия продольных кривых сил света, измерения энергетических величин используются физические приемники потока излучения. В основе субъективного метода световых измерений лежит способность глаза устанавливать равенство яркостей двух соприкасающихся поверхностей. При использовании физических приемников излучения для световых измерений приходится исправлять (корригировать) их спектральные чувствительности под спектральную чувствительность светлоадаптированного глаза. Цветовые измерения, так же как и световые, могут быть субъективными и объективными в зависимости от того, какой из приемников выбран. Прибор, предназначенный для цветовых измерений, называется колориметром.

Видимое излучение — электромагнитные волны, воспринимаемые человеческим глазом, которые занимают участок спектра с длиной волны приблизительно от 380 (фиолетовый) до 780 нм (красный). Такие волны занимают частотный диапазон от 400 до 790 терагерц. Электромагнитное излучение с такими длинами волн также называется видимым светом, или просто светом (в узком смысле этого слова). Наибольшую чувствительность к свету человеческий глаз имеет в области 555 нм (540 ТГц), в зелёной части спектра.

В спектре содержатся не все цвета, которые различает человеческий мозг. Таких оттенков, как розовый или маджента, нет в спектре видимого излучения, они образуются от смешения других цветов.

Видимое излучение также попадает в «оптическое окно», область спектра электромагнитного излучения, практически не поглощаемая земной атмосферой. Чистый воздух рассеивает голубой свет несколько сильнее, чем свет с меньшими длинами волн (в красную сторону спектра), поэтому полуденное небо выглядит голубым.

Многие виды способны видеть излучение, не видимое человеческому глазу, то есть не входящему в видимый диапазон. Например, пчёлы и многие другие насекомые видят свет в ультрафиолетовом диапазоне, что помогает им находить нектар на цветах. Растения, опыляемые насекомыми, оказываются в более выгодном положении с точки зрения продолжения рода, если они ярки именно в ультрафиолетовом спектре. Птицы также способны видеть ультрафиолетовое излучение (300—400 нм), а некоторые виды имеют даже метки на оперении для привлечения партнёра, видимые только в ультрафиолете.