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 sorba 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 sorbas ankaŭ bone termoradias. (b) En la kontraŭa kazo, ĝi sorbas malmulte kaj tial elsendas konforme malmulte.

Sorbeco de korpoj

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

$a+r+t=1$, kun

$a$: sorba koeficiento aŭ sorbeco, valoroj estas inter 0 (nesorba) 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 sorba koeficiento esence dependas de la frekvenco. Korpo kiu perfekte sorbas (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 donita surfaco respondas al la jena la formulo:

${ϵ}_k=\frac{I_k}{I_{nk}}$
kun

${ϵ}_k$ : 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 sorbo kaj emisio de konkreta korpo havas ekzakte la saman valoron.

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

Aŭ koncize:

Korpo, kiu bone sorbas, 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 opakaj en la transruĝa.

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

Limigoj al la valideco de la leĝo

Ĝenerale la sorba 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 sorbon 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 sorbecon 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 sorbeco (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 sorbeco $a_G$, $0<a_G<1$).
  

Ĉiu radiado elsendita de unu korpo atingu la alian. La sistemo estu en termodinamika ekvilibro. Per kalkulado oni povas pruvi, ke se estus $a_G={ϵ}_G$ la korpoj aŭ gajnus aŭ perdus energion, do baldaŭ havos aliajn temperaturojn. Tio kontraŭus la unuan aŭ duan leĝon de termodinamiko.

Tial nur $a_G={ϵ}_G$ 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).