Формула Планка поясняет, почему КПД источников света типа ламп накаливания оказывается очень малым. Реальные тела излучают хуже черных, но даже для черного тела при температурах порядка 1400 К (более сильные нагревы нитей накала невозможны из-за быстрого испарения металла нити) максимум излучения лежит в инфракрасной части спектра и на видимую область приходится лишь малая доля полного излучения. Так, даже газополные лампы (наполнение газом препятствует испарению нити) имеют КПД, не превышающий 3%, а у маломощных ламп он еще ниже.
Более выгодны люминесцентные источники, так как при люминесценции газов излучение сосредоточено в отдельных областях. Но при этом состав света отличается от состава привычного нам солнечного света (сплошной спектр с максимумом в желто-зеленой части спектра), и это ограничивает возможности применения, например, натриевых ламп, дающих не очень приятный желтый свет, но зато обладающих высоким КПД — до 30%.
В современных люминесцентных лампах применяется также преобразование света: электрический разряд вызывает свечение паров ртути, при этом максимум энергии лежит в ультрафиолетовой области. Этот ультрафиолетовый свет вызывает люминесценцию порошка, покрывающего изнутри стенки лампы. Состав порошка можно подобрать так, что его суммарная люминесценция будет близка по составу излучения к солнечному спектру, почему такие лампы и называют лампами дневного света. КПД таких ламп доходит до 8%, что значительно лучше, чем у ламп накаливания.
Другим применением законов излучения является пирометрия (оптические методы-измерения температуры). Пусть на пути излучения черного тела температурой Тх поставлено черное тело меньшей температуры Т (практически на пути лучей от источника ставят нить лампы накаливания). Соответственно закону Кирхгофа (конечно, он применим лишь приближенно, так как металл не вполне является черным телом) нить в проходящем свете будет казаться темной. Если повышать температуру нити, то контрастность тени уменьшается и при равенстве температур изображение нити практически исчезает. Если же еще повысить температуру нити, то она будет казаться яркой на фоне излучения изучаемого объекта. Так как можно проградуировать прибор, связав силу тока, проходящего через нить, с ее температурой, то получается удобный способ измерения высоких температур. Отклонения от свойств черного тела требуют введения ряда уточнений и вспомо1а- тельных понятий — мы не будем ими заниматься.
Хороший пример использования законов излучения черного тела — оценка поверхностной температуры Солнца. Солнце вполне можно считать черным телом, так как падающий на него свет проникает в глубинные слои, почти не испытывая отражения (плотность слоев меняется медленно). Область максимального излучения Солнца приходится примерно на длину волны λmах=0,48 мкм, поэтому по формуле Вина можно найти температуру поверхности Солнца (T=5800 К).
Закон Кирхгофа позволяет производить анализ слоев вещества, испускающих свет (если слои достаточно горячи) или поглощающих проходящий свет.(если слои холодны). Зная, какой спектр отвечает тому или иному веществу (а все атомные и молекулярные спектры индивидуальны), можно по спектрам испускания или поглощения судить о химическом составе тела. Этот способ послужил основой Широко используемого спектрального анализа веществ. В частности, именно таким образом был открыт на Солнце гелий, в то время не обнаруженный еще на Земле.
Применение спектрального анализа в астрономии позволяет судить о составе небесных тел и убедиться, что они состоят из тех же веществ, которые встречаются на Земле. Впрочем, иногда эти вещества находятся в иных внешних условиях: так, в недрах звезд, где температура достигает миллионов градусов, атомы могут быть практически полностью лишены своих электронов, т. е. испытать многократную ионизацию (в земных условиях она недостижима).
В заключение отметим, что объяснение линейчатых и полосатых спектров оказалось не под силу классической теории. Мы познакомимся с этим вопросом в главе 13.