Muvozanat nurlanish

Muvozanat nurlanish — ob’ektdan chiqadigan umumiy issiqlik nurlanishi unga kiradigan umumiy issiqlik nurlanishiga teng boʻlgan holat. Bu termodinamik muvozanat uchun bir nechta talablardan biridir, ammo u termodinamik muvozanat boʻlmaganda ham paydo boʻlishi mumkin. muvozanat nurlanishning har xil turlari mavjud, bu oʻziga xos dinamik muvozanatdir.

Taʼriflar

Muvozanat, umuman olganda, qarama-qarshi kuchlar muvozanatlashgan va shuning uchun tizim vaqt oʻtishi bilan oʻzgarmaydigan holat. Radiativ muvozanat — issiqlik almashinuvi radiatsiyaviy issiqlik uzatish orqali amalga oshiriladigan holat uchun, issiqlik muvozanatining oʻziga xos holatidir.

Muvozanat nurlanishning bir necha turlari mavjud.

Prevost taʼriflari

Muhim dastlabki hissa 1791-yilda Per Prevost tomonidan qoʻshilgan. Hozirgi vaqtda foton gazi yoki elektromagnit nurlanish deb ataladigan suyuqlik, uni „erkin issiqlik“ deb atagan deb hisobladi. Prevostning fikricha, erkin radiatsion issiqlik juda kam uchraydigan suyuqlik boʻlib, uning nurlari yorugʻlik nurlari kabi, ularning oʻtishini aniqlanmasdan, bir-biridan oʻtadi. Prevostning almashinish nazariyasi har bir jism boshqa jismlarga nurlanishni va ulardan nurlanishni taʼkidladi. Har bir jismdan radiatsiya boshqa jismlarning mavjudligi yoki yoʻqligidan qatʼi nazar, chiqariladi.

1791-yilda Prevost quyidagi taʼriflarni taklif qildi (tarjima qilingan):

Erkin issiqlikning mutlaq muvozanati bu suyuqlikning kosmosning bir qismidagi holati boʻlib, u chiqib ketishga imkon beradigan darajada koʻp miqdorda oladi.

Erkin issiqlikning nisbiy muvozanati — bu suyuqlikning bir-biridan teng miqdordagi issiqlikni qabul qiladigan va bundan tashqari, mutlaq muvozanatda boʻlgan yoki aniq teng oʻzgarishlarni boshdan kechiradigan kosmosning ikki qismidagi holati.

Xullas, Prevost „Bir xil haroratda va bir-birining yonida joylashgan bir necha fazoning issiqligi bir vaqtning oʻzida ikki turdagi muvozanatda boʻladi“, deb izoh berdi.

Nuqtaviy nurlanish muvozanati

Plankdan (1914) soʻng, radiatsiya maydoni koʻpincha oʻziga xos radiatsiya intensivligi nuqtai nazaridan tavsiflanadi, bu fazoviy mintaqadagi har bir geometrik nuqtaning bir lahzadagi funksiyasidir. Bu Prevostning kosmos mintaqalari uchun taʼriflash usulidan biroz farq qiladi. Bu Prevost taʼrifidan bir oz kontseptual jihatdan farq qiladi: Prevost bogʻlangan va erkin issiqlik nuqtai nazaridan fikr yuritgan boʻlsa, bugungi kunda biz molekulalarning kinetik va boshqa dinamik energiyasidagi issiqlik, yaʼni materiyadagi issiqlik va termal foton gazlari haqida oʻylaymiz. Batafsil taʼrif Goody va Yung (1989) tomonidan berilgan. Ular materiyadagi termal nurlanish va issiqlik oʻrtasidagi oʻzaro konversiya haqida oʻylashadi. Ular oʻziga xos nurlanish intensivligidan kelib chiqadi $\mathbf {F} _{\nu }$, fazoning har bir nuqtasida monoxromatik vektor oqimi zichligi, bu oʻsha nuqtadagi monoxromatik Poynting vektorining oʻrtacha vaqtiga teng. Ular nurlanishdan materiya tomonidan issiqlikning monoxromatik hajmga xos tezligini monoxromatik oqim zichligi vektorining divergentsiyasining manfiyligi sifatida belgilaydi. Bu nuqta pozitsiyasining skalyar funksiyasi:

$h_{\nu }=-\nabla \cdot \mathbf {F} _{\nu }$ .

Ular monoxromatik nurlanish muvozanatini (nuqta yoʻnalishi boʻyicha) belgilaydilar

$\nabla \cdot \mathbf {F} _{\nu }=0$ radiatsiyaviy muvozanatda boʻlgan mintaqaning har bir nuqtasida.

Ular radiatsiyaviy muvozanatni (nuqta yoʻnalishi boʻyicha) belgilaydilar

$h=\int _{0}^{\infty }h_{\nu }d\nu =0$ radiatsiyaviy muvozanatda boʻlgan fazoning har bir nuqtasida.

Bu shuni anglatadiki, (nuqta yoʻnalishi boʻyicha) radiatsiyaviy muvozanatda boʻlgan fazo mintaqasining har bir nuqtasida, barcha nurlanish chastotalari uchun issiqlik nurlanishi va moddadagi energiya tarkibi oʻrtasidagi energiyaning oʻzaro konversiyasining umumiy qiymati nolga (nol) teng. Nuqtaviy nurlanish muvozanati Prevostning mutlaq nurlanish muvozanati bilan chambarchas bogʻliq.

Mihalas va Weibel-Mihalas (1984) taʼkidlashicha, bu taʼrif materiya harakatlanmaydigan statik muhitga tegishli. Ular, shuningdek, harakatlanuvchi ommaviy axborot vositalarini ham koʻrib chiqadilar.

Taxminiy nuqtaviy nurlanish muvozanati

1906-yilda Karl Shvartsshild konvektsiya va radiatsiya ham ishlaydigan tizimni koʻrib chiqdi, lekin radiatsiya konveksiyaga qaraganda shunchalik samaraliroq ediki, konvektsiya taxminan eʼtibordan chetda qolishi va radiatsiya ustun deb hisoblanishi mumkin edi. Bu, masalan, yulduzda boʻlgani kabi, harorat juda yuqori boʻlganida amal qiladi, lekin sayyora atmosferasida emas.

Subrahmanyan Chandrasekhar (1950, 290-bet) yulduz atmosferasi modeli haqida yozadi, unda "atmosferada issiqlikni tashish uchun radiatsiyadan boshqa mexanizmlar mavjud emas … [va] issiqlik manbalari yoʻq. Bu Shvartsshildning 1906-yilgi taxminiy kontsepsiyasidan deyarli farq qilmaydi, lekin aniqroq aytilgan.

Radiativ almashinuv muvozanati

Plank (1914) termodinamik muvozanat holatiga ishora qiladi, bunda „har qanday ikkita jism yoki jismlarning elementi bir-biriga teng miqdorda issiqlik nurlanishi bilan tasodifiy almashinish natijasida tanlanadi“.

Radiatsiya almashinuvi muvozanati atamasi, shuningdek, emissiya va yutilish orqali teng miqdordagi nurlanish almashadigan kosmosning ikkita belgilangan hududiga nisbatan qoʻllanishi mumkin (hatto barqaror holat termodinamik muvozanatdan biri boʻlmasa ham, baʼzi bir kichik jarayonlar oʻz ichiga oladi. materiya yoki energiyani aniq tashish, shu jumladan radiatsiya). Radiativ almashinuv muvozanati Prevostning nisbiy nurlanish muvozanati bilan deyarli bir xil.

Taxminan nurlanish almashinuvi muvozanati

Birinchi taxminga koʻra, radiatsiya almashinuvi muvozanatining misoli musaffo osmon mavjud boʻlganda, quruqlik va dengiz yuzasi va eng past atmosfera oʻrtasida oyna boʻlmagan toʻlqin uzunligidagi termal nurlanish almashinuvidir, derazadan tashqari toʻlqin raqamlarida sirt va atmosfera oʻrtasida aniq almashinuv mavjud emas, derazada esa toʻlqin raqamlari., shunchaki quruqlik-dengiz yuzasidan kosmosga toʻgʻridan-toʻgʻri nurlanish mavjud. Xuddi shunday holat pastki troposferaning turbulent aralash chegara qatlamining qoʻshni qatlamlari oʻrtasida sodir boʻladi, bu „kosmosga sovish“ deb ataladigan, birinchi marta Rodjers va Uolshou (1966) tomonidan qayd etilgan.

Astronomiya va sayyoralar fanida

Global radiatsiyaviy muvozanat

Global radiatsiyaviy muvozanatni sayyora kabi oʻz energiyasini taʼminlamaydigan butun passiv samoviy tizim uchun aniqlash mumkin.

Liou (2002) va boshqa mualliflar global radiatsiyaviy muvozanat atamasidan Yer va yerdan tashqari fazo oʻrtasidagi global radiatsiya almashinuvi muvozanatiga ishora qilish uchun foydalanadilar; Bunday mualliflar nazariy jihatdan Yer yuzasi va uning atmosferasi tomonidan soʻrilgan kiruvchi quyosh nurlanishi Yer yuzasidan va uning atmosferasidan chiqadigan uzun toʻlqinli nurlanishga teng boʻlishini nazarda tutmoqchi. Prevost oʻshanda Yer yuzasi va uning atmosferasi mutlaq radiatsiyaviy muvozanatda ekanligini aytadi. Baʼzi matnlar, masalan, Satoh (2004), global almashinuv radiatsion muvozanatiga ishora qilib, oddiygina „radiatsion muvozanat“ ga ishora qiladi.

Sayyoraviy muvozanat harorati

Umuman olganda, har qanday sayyora uchun nazariy jihatdan tasavvur qilinishi mumkin boʻlgan turli xil global haroratlarni hisoblash mumkin. Bunday haroratlarga sayyora muvozanat harorati, ekvivalent qora tana harorati yoki sayyoraning samarali nurlanish emissiya harorati kiradi. Bu oʻlchangan global oʻrtacha havo harorati bilan bogʻliq (lekin bir xil emas), bu atmosfera mavjudligini qoʻshimcha ravishda oʻz ichiga oladi.

Radiatsion muvozanat harorati sayyora ichidan energiya etkazib berish (masalan, kimyoviy yoki yadroviy manbalardan) ahamiyatsiz darajada kichik boʻlgan holatda hisoblanadi; Bu taxmin Yer uchun oqilona, lekin, masalan, Yupiterning haroratini hisoblashda muvaffaqiyatsizlikka uchraydi, buning uchun ichki energiya manbalari quyosh nurlanishidan kattaroqdir va shuning uchun haqiqiy harorat nazariy radiatsiyaviy muvozanatdan yuqori.

Yulduzlar muvozanati

Yulduz oʻz energiyasini yadro manbalaridan taʼminlaydi va shuning uchun harorat muvozanatini faqat tushayotgan energiya nuqtai nazaridan aniqlab boʻlmaydi.

Koks va Giuli (1968/1984) yulduz uchun „radiatsiyaviy muvozanat“ ni aniqlaydilar, u faqat uning atmosferasi bilan cheklanmaydi, bunda yadro reaksiyalaridan energiyaning issiqlik oʻtkazish tezligi va yopishqoqlik mikroskopik darajaga koʻtariladi. Yulduzning moddiy zarrachalarining harakati energiyani yulduzdan kosmosga elektromagnit nurlanish orqali oʻtkazish orqali muvozanatlanadi. Eʼtibor bering, bu radiatsiyaviy muvozanat avvalgi foydalanishdan bir oz farq qiladi. Ularning taʼkidlashicha, energiyani kosmosga tarqatuvchi yulduz, agar energiya taʼminoti mavjud boʻlmasa, harorat taqsimotining barqaror holatida boʻlolmaydi, bu holda kosmosga nurlanishni qoʻllab-quvvatlash uchun yulduz ichidagi yadro reaksiyalari energiyasi. Xuddi shunday, yuqoridagi nuqtaviy radiatsiyaviy muvozanatning taʼrifi uchun qoʻllaniladigan shart nurlanayotgan yulduzda saqlanib qolishi mumkin emas: ichki tomondan yulduz ichki termodinamik muvozanat emas, balki barqaror harorat taqsimoti holatidadir. Koks va Giulining taʼrifi ularga bir vaqtning oʻzida yulduz harorat taqsimotining barqaror holatida va „radiatsion muvozanat“da ekanligini aytishga imkon beradi; ular koinotdagi barcha radiatsiyaviy energiya yulduz ichidan keladi deb taxmin qilishmoqda.

Radiatsion muvozanat mexanizmlari

Agar mintaqada molekulyar toʻqnashuvlar fotonlarning yutilishi yoki emissiyasidan koʻra tez-tez sodir boʻlishiga imkon beradigan etarli miqdorda materiya mavjud boʻlsa, radiatsiya uchun mahalliy termodinamik muvozanat (LTE) haqida gapiriladi. Bunday holda, Kirxgofning nurlanishni yutish va emissiya qobiliyatining tengligi qonuni amal qiladi.

Radiatsiya almashinuvi muvozanatidagi ikkita jismning har biri oʻzining mahalliy termodinamik muvozanatida, bir xil haroratga ega va ularning nurlanish almashinuvi Stokes-Gelmgolts oʻzaro tamoyiliga mos keladi.