Leĝo de Kirchhoff pri radiado

La leĝo de Kirchhoff aŭ pli ekzakte leĝo de Kirchhoff pri radiado estas fizika leĝo de termodinamiko, kiu rilatigas la termoradian econ de korpo kun ĝia absorba eco. La leĝo nomiĝas laŭ la germana fizikisto Gustav Kirchhoff, kiu eltrovis ĝin en la jaroj 1859 ĝis 1862. En ĝenerala kunteksto necesas uzi la longan nomon leĝo de Kirchhoff pri radiado, ĉar ankaŭ en elektrotekniko konatas leĝoj de Kirchhoff.

Leĝo de Kirchhoff: (a) Korpo kiu bone absorbas ankaŭ bone termoradias. (b) Inverse.

Absorbeco de korpoj

Nur parto de elektromagneta radiado alvenanta sur korpo absorbiĝas, la resto reflektiĝas aŭ trairas la korpon. Sume tiuj tri partoj de energio - la absorbita, la reflektita kaj la trairinta - egalas al la alveninta energio, la koncernajn partojn priskribas la koncernaj koeficientoj:

$a+r+t=1$, kun

$a$: absorba koeficiento aŭ absorbeco, valoroj estas inter 0 (neabsorba) kaj 1,

$r$: reflekta koeficiento aŭ reflekteco, valoroj estas inter 0 (nereflekta) kaj 1,

$t$: diafana koeficiento aŭ diafaneco, valoroj estas inter 0 (opaka) kaj 1.

Ofte la absorba koeficiento esence dependas de la frekvenco. Korpo kiu perfekte absorbas (t.e. $a=1$) je ĉiu frekvenco nomiĝas nigra korpo.

Emisia koeficiento de korpoj

La intenseco, kun kiu iu korpo termoradias grave dependas de sia temperaturo. La intenseco de radiado de iu korpo rilate al samtemperatura nigra korpo estas priskribita per la emisia koeficiento de tiu korpo laŭ la formulo:

$\epsilon _{k}={\frac {I_{k}}{I_{nk}}}$
kun

$\epsilon _{k}$ : emisia koeficiento de la korpo,

$I_{k}$ : intenseco (unuo: W/m²) de radiado de la korpo ĉe ĝia surfaco,

$I_{nk}$ : intenseco de radiado de la nigra korpo ĉe ĝia surfaco.

Leĝo de Kirchhoff

La leĝo de Kirchhoff eldiras:

La koeficientoj de absorbo kaj emisio de konkreta korpo havas ekzakte la saman valoron.

$\epsilon (\nu )=\alpha (\nu )$, kun $\nu$: frekvenco.

Aŭ koncize:

Korpo, kiu bone absorbas, ankaŭ bone termoradias.

Pro tio:

Persono termoradias en la transruĝo, kion vidigas la suba, termografia bildo. La nigraaspekta plasta sako estas diafana por transruĝo, tial apenaŭ radias. Kontraue la okulvitroj estas opaka en la transruĝa.

• bone reflektanta korpo, ekzemple metalo kun polurita surfaco, malmulte radias.
• multe absorbanta korpo, ekzemple malgranda enira truo al granda kavo, bone radias.
• nigra korpo, kiu absorbas perfekte, radias plej forte.

Limigoj al la valideco de la leĝo

Ĝenerale la absorba koeficiento de iu korpo dependas de ĝia temperaturo, de la direkto el kiu la radiado alvenas, kaj - grave - de la frekvenco. Pro tio la leĝo ekzakte nur validas, se oni komparas emision kaj absorbon sub samaj kondiĉoj.

Tial la (videbla) koloro de iu korpo ĝenerale ne taŭgas por juĝi la emisian econ de tiu korpo. Per la koloro oni nur povas taksi la absorbecon de la korpo en la videbla frekvencintervalo (t.e. lumo). Sed plejofte la esenca frekvencintervalo de ĝia emisio estas en la transruĝo, je kie ĝia aborbeco (kaj same emisieco) eble tre malsamas. Por tio ekzistas eĉ blankaspektaj termoradiiloj, kiuj bone efikas.

Kial la leĝo validas

Ni rigardu specialan kazon menciitan en la fiziklibro de Grimsel:

Supozu fermitan fizikan sistemon limigitan de perfekta spegulo. En la sistemo troviĝu nur du korpoj:

• nigra korpo N kaj
• griza korpo G (t.e. korpo kun konstanta absorbeco $a_{G}$, $0<a_{G}<1$).
  

Ĉiu radiado elsendita de unu korpo atingu la alian. La sistemo estu en termodinamika ekvilibro. Per kalkulado oni povas pruvi, ke se estus $a_{G}\not =\epsilon _{G}$ la korpoj aŭ gajnus aŭ perdus energion, do baldaŭ havos aliajn temperaturojn. Tio kontraŭus la unuan aŭ duan leĝon de termodinamiko.

Tial nur $a_{G}=\epsilon _{G}$ eblas.

Vidu ankaŭ

• Termoradiado
• Leĝo de Stefan-Boltzmann
• Leĝo de Planck
• Leĝo de Wien
• Nigra korpo
• Nigra truo

Literaturo

• Grimsel, Lehrbuch der Physik, Bd. 3 Optik, Teubner Verlag Leipzig (1988).