Основные понятия

Известно, что носителями лучистой энергии являются электромагнитные колебания очень широкого диапазона длин волн. В зависимости от диапазона такие излучения известны под названием: рентгеновские, ультрафиолетовые, световые, инфракрасные, радиочастотные др. Это деление сложилось исторически, в действительности какой-либо резкой физической границы по длинам волн не существует.

С квантовой точки зрения излучение представляет собой поток фотонов, энергия которых равна h γ, где 6,62×10^–34 Дж×с – постоянная Планка и γ– частота колебаний эквивалентного электромаг­нитного поля. Длина волны свя-

зана с частотой соотношением , где с – скорость распространения колебаний (в вакууме 3×10⁵ км/с).

Для нас наибольший интерес представляет излучение, интенсивность которого определяется только температурой и оптическими свойствами излу

чающего тела. Такими свойствами обладают световое и инфракрасное излучения, т. е. излучение с длиной волны приблизи­тельно от 0,4 до 800 мкм. Эти лучи называют тепловыми, а процесс их распространения – тепловым излучением или радиацией. Твердые тела излучают теплоту со свободной поверхности, а газообразные – из всего объема. Теплообмен излучением между твердым телом и жидкостью с одной стороны, и газообразным веществом, способным к тепловому излучению (обычно это смеси многоатомных газов), с другой, возможен непосредственно при их соприкосновении друг с другом. Суммарное излучение, проходящее через произвольную поверхность в единицу времени, называется потоком излучения Q или лучистым потоком. Лучистый поток Е, излучаемый с единицы поверхности по всем направлениям полусферического пространства, называется плотностью потока излучения или интегральным излучением.

Отношение плотности потока излучения к длине волны называется интенсивностью излучения .

Если из всего количества энергии , падающей на тело, часть поглощается, часть отражается и часть проходит сквозь тело (рис. 9.1) так, что , то, разделив обе части этого равенства на , получим:

или

,

где А характеризует поглощательную, R – отражательную и D – пропускающую способность тела. Значения A, R и D зависят от природы вещества, температуры тела и спектра падающего излучения.

Если , то и , и вся падающая лучистая энергия полностью поглощается телом. Такие тела называются абсолютно черными.

Если , то и , и вся падающая лучистая энергия полностью отражается. Если отражение соответствует законам геометрической оптики, тела называют зеркальными, если же отражение диффузное – абсолютно белыми.

Если , то и , и вся падающая лучистая энергия полностью проходит сквозь тело. Такие тела называют абсолютно проницаемыми (про-

зрачными). Абсолютно черных, белых и проницаемых тел в природе нет; в применении к реальным телам эти понятия условны.

Сопоставляя энергии собственного излучения реального тела с энергией излучения абсолютно черного тела при той же температуре, получают характеристику тела, которая называется степенью черноты

,

где Е – плотность потока излучения реального тела, Вт/м²; плотность потока излучения абсолютно черного тела, Вт/м². Д. Стефан опытным путем, а Л. Больцман теоретически установили зависимость плотности потока излучения абсолютно черного тела от температуры

,

где – постоянная излучения Стефана-Больцмана. Для абсолютно черного тела 5,77×10^–8 Вт/(м²×К⁴).

Обычно в технических расчетах закон Стефана-Больцмана записывают в следующем виде:

,

где – коэффициент излучения абсолютно черного тела, равный 5,77 Вт/(м²×К⁴).

В применении к реальным телам этот закон имеет вид:

.

Для различных тел коэффициент излучения С различен. Его значение определяется природой тела, состоянием поверхности и температурой. Величина С всегда меньше и может изменяться в пределах от нуля до 5,77 Вт/(м²×К⁴).Степень черноты e реальных тел с использованием понятия коэффициента излучения определяется

Для лучистого теплообмена между двумя телами при стационарном режиме на основании закона Стефана-Больцмана

,

где – плотность теплового потока, т. е. лучистый поток , отнесенный к единице расчетной поверхности излучения F, Вт/м², и – температуры по-

верхностей твердых тел, участвующих в теплообмене излучением, К; – приведенный коэффициент излучения двух тел, Вт/(м²×К⁴).

Дата добавления: 2017-02-01; Просмотров: 45; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!