Спектр видимого света от «раскаленного стекла» хотя бы близок к излучению черного тела?

Вкратце, для видимых прозрачных материалов, таких как стекло, вы можете видеть сквозь них, даже если они раскалены докрасна. Большинство очков имеют большое поглощение в ИК-диапазоне, поэтому происходит большое поглощение и переизлучение. Но когда испускается видимый фотон, вероятность того, что он будет поглощен, очень мала.

Будет ли видимое излучение по-прежнему иметь характерную форму черного тела, соответствующую фактической температуре материала? Мне это, конечно, так кажется, но как понять физику излучения черного тела от прозрачных тел ?

В этом действительно хорошем ответе @RobJeffries объясняет разницу между идеями теплового излучения и излучения черного тела в контексте источника, который может находиться в тепловом равновесии, но чье излучение может не быть. Стоит минуту или две, чтобы прочитать его, прежде чем продолжить здесь.

Вот несколько изображений из Википедии, которые помогут сформулировать вопрос. Первый из Блэкбоди иллюстрирует знакомую полость в радиационном равновесии с небольшим отверстием для отбора проб этого излучения.

введите описание изображения здесь

Если вы посетите стеклодувную фабрику, студию или демонстрацию, вы, вероятно, увидите что-то подобное, что примерно похоже (за исключением пламени).

введите описание изображения здесь

Стекло вводится через отверстие для нагрева в печи за счет некоторой комбинации поглощения инфракрасного света и контакта с горячими газами.

введите описание изображения здесь

Когда его вытаскивают, стекло обычно светится красным, оранжевым или даже желтым, в зависимости от температуры.

введите описание изображения здесь

...чтобы он стал мягче и ему было легче придавать форму.

введите описание изображения здесь

Предположим для целей этого вопроса, что стекло достигло однородной температуры, удалено и измерено излучение от стекла. Я считаю, что большинство стекол, пригодных для обдува, используемых в этом контексте, поглощают, по крайней мере, большую часть инфракрасного излучения.

Когда я смотрю на настоящую вещь, стекло визуально кажется мне прозрачным, даже когда оно горячее ( это действительно красивый эффект !)

Вопрос: Будет ли видимая часть излучения по-прежнему близка к спектру Блэктела, даже если видимый свет не претерпевает нескольких поглощений и переизлучений?

примечание: когда очень жарко, свет очень яркий, поэтому трудно проверить, что стекло все еще прозрачно, и я не собираюсь раздражать кого-то, кто держит горячее стекло, стреляя в него лазером!

Зависит от цвета стекла. Это та же проблема, что и селективное поглощение/излучение различных инфракрасных диапазонов водяным паром в атмосфере. Если кто-то хочет смоделировать это, необходим код переноса излучения, который анализирует все возможные пути рассеяния через атмосферу.
Ключевым моментом, который будет отличаться, является коэффициент излучения, который определяет излучаемую мощность.
Держу пари, что поскольку стекло (в видимой части спектра) выглядит более-менее равномерно прозрачным, то спектр его теплового излучения (в том же диапазоне) должен повторять спектр абсолютно черного тела по форме, но не по общей интенсивности, довольно хорошо. Это соответствует закону Кирхгофа.
@LLlAMnYP, как вы думаете, вы могли бы расширить это до ответа и показать, как это будет соответствовать закону Кирхгофа, используя математику? Спасибо!
Ну вот и ответ. +1, действительно, это очень хорошо написанный вопрос; не знаю, почему за него больше не проголосовали.
@LLlAMnYP Этот вопрос преследовал меня с тех пор, как я был маленьким ребенком и смотрел демо-версию стеклодува. Черное тело с видимой «меткой» прозрачности — что это значит? Спасибо за помощь!

Ответы (2)

Изменить: обратите внимание на важное предостережение № 2 внизу.

Страница закона теплового излучения Кирхгофа в русской Википедии проще и короче английской версии, однако содержит ответ на вопрос, которого нет в английской версии. Перевод следующий:

Тела, поглощательная способность которых не зависит от частоты, называются «серыми телами». Спектр их излучения имеет ту же форму, что и спектр абсолютно черного тела.

Закон Кирхгофа гласит:

р ( ю , Т ) а ( ю , Т ) "=" ф ( ю , Т )

где а - (зависящая от температуры и частоты) поглощательная способность объекта, ф это спектр черного тела и р - спектр излучения объекта.

Качественный образец стекла не вызывает заметных изменений в цвете (ну, да, и вы можете видеть это через призму, но сейчас это не относится к делу), поэтому можно с уверенностью сказать, что в видимой части спектр а постоянно. В этом случае спектр излучения горячего стекла равен

р ( ю , Т ) "=" а ( Т ) ф ( ю , Т )

т.е. пропорциональна спектру черного тела (в видимых частотах, другие мы сейчас не обсуждаем) с частотно-независимым коэффициентом.

Предостережение: комнатная температура а может быть ю -независимый. Высокая температура а не обязательно сохранять это свойство, хотя в какой-то степени это возможно.

Предостережение № 2: человеческое восприятие — ужасный способ судить о спектре поглощения стекла. Человек чувствителен к ценности 1 − а ( ю ) и насколько он однообразен. Хорошее стекло очень прозрачно и, вероятно, поглощает намного меньше, чем отражает (4% IIRC). Но человек не сможет различить а ( 700 н м ) ≈ 0,01 и а ( 400 н м ) ≈ 0,001 (цифры взяты с макушки моей головы). Это полностью исказит спектр теплового излучения.

РЕДАКТИРОВАТЬ: Вот некоторые данные о комплексном показателе преломления кварцевого стекла. См. нижнюю часть страницы 7. Оказывается, поглощение стекла в видимом спектре действительно довольно равномерное. к ( 400 н м ) "=" .7 ⋅ 10 − 7 ; к ( 700 н м ) "=" 1.1 ⋅ 10 − 7 , что немного более однородно, чем я изначально ожидал. Таким образом, спектр излучения стекла по сравнению с черным телом несколько сдвинут в красную сторону, но не сильно.

Очень хорошо! Таким образом, по крайней мере, для некоторых стекол высокой чистоты (например, стекла SiO2) и небольшого размера объекта или толщины стенки может быть хороший шанс, что спектр может быть приближен к спектру абсолютно черного тела. Большое спасибо, что нашли и перевели!
@uhoh Я собирался прокомментировать, что «вероятно, нет, потому что предостережение № 2», но посмотрите последнее редактирование, высококачественное кварцевое стекло действительно очень однородно.
Стекло представляет собой удивительно разнообразную группу материалов. Это действительно захватывающая вещь. Одним из действительно специализированных случаев является одномодовое оптическое волокно. Около 1,5 мкм - это ошеломляющие 0,2 дБ / км, и даже в видимом диапазоне это как минимум в 100 раз лучше, чем «обычный оптический кварц», такой как в вашей ссылке. Они делают его из чрезвычайно чистого SiO2, который на самом деле получают из «кремниевого дыма» — пламенного гидролиза силана и кислорода. Или, по крайней мере, я так это помню. Сумасшедшие вещи!

Если вы можете видеть сквозь него, то это не излучение черного тела.

Излучатель абсолютно черного тела должен поглощать падающий на него свет всех длин волн и должен находиться в тепловом равновесии. т.е. он должен быть «оптически толстым» на всех длинах волн.

Он может иметь спектр, подобный функции Планка, если частичная поглощательная способность не зависит от длины волны. Это то, что предлагает LLlAMnYP.

Спектр видимого света от «раскаленного стекла» хотя бы близок к излучению черного тела?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v