Теоретические основы теплотехники. Ляшков В.И. - 120 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

2.4 ТЕПЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ
2.4.1 Общие понятия и определения
звестно, что электромагнитное излучение обладает двойственным характером: это и волны и одновременно поток
материальных частиц – фотонов. Квантовые свойства излучения проявляются все сильнее по мере увеличения частоты
колебаний. Тепловые волны имеют достаточно большую длину и здесь в большей мере проявляются именно волновые
свойства электромагнитных колебаний.
Тепловое излучение свойственно всем телам вне зависимости от фазового состояния. Спектр излучения большинства
твердых и жидких тел непрерывен, они излучают волны различной длины и во всех направлениях (диффузионное
излучение). Газы излучают волны определенной длины, их спектр линейчатый.
Интенсивность излучения оценивается величиной излучательной способности тела
E = dQ / dF,
которая характеризует удельную энергию излучения в каждой точке на поверхности тела (см. рис. 2.77, где показано, что
понимается под dQ и dF в этом определении). Полный лучистый поток от поверхности F определится интегрированием
∫
=
F
dfEQ
0
.
Другой характеристикой, связанной с частотой (или длиной) волн, является спектральная интенсивность излучения
J = dE / dλ ,
которая определяет излучательную способность в определенном месте спектра, т.е. при некоторой длине волны (точнее – в
интервале длин волн от
λ до λ + dλ). Из такого определения следует, что
∫
∞
λ=
0
dJE .
Каждое тело способно не только излучать, но и отражать, поглощать и пропускать
тепловые лучи (как и другие электромагнитные колебания). Рис. 2.78 наглядно
иллюстрирует это. Тепловой баланс в общем случае имеет вид
Q = Q
A
+ Q
R
+ Q
D
,
откуда, после деления на Q, получаем
A + R + D = 1,
где A = Q
A
/ Q, R = Q
R
/ Q, D = Q
D
/ Q называют соответственно коэффициентами поглощения, отражения и проницаемости.
Если R = 0 и D = 0, т.е. вся падающая на тело лучистая энергия полностью поглощается им, то такое тело называют
абсолютно черным. При
A = 0 и D = 0 (вся энергия отражается) тело называют абсолютно белым, а при D = 1 (А = 0 и R = 0) –
абсолютно прозрачным. Если отражение лучей происходит не диффузионно, а по законам оптики (угол отражения равен углу
падения), то поверхность называют зеркальной.
Конечно же в природе нет абсолютно черных, абсолютно белых, абсолютно прозрачных тел, это абстрактные понятия.
Однако некоторые тела обладают близкими к таким свойствами. Названные свойства могут по-разному проявляться при
волнах различной длины. Оконное стекло, например, практически прозрачно для видимых световых лучей и непрозрачно
для ультрафиолетовых, заметно поглощает тепловые лучи. Каменная соль почти не пропускает света и не препятствует
тепловым лучам. А для рентгеновского излучения даже металлы оказываются прозрачными. Все же большинство твердых
тел и жидкостей непрозрачны для тепловых лучей (
D = 0), поэтому считают, что для них
A + R = 1,
т.е. если тело хорошо поглощает тепловые лучи, то оно плохо их отражает (и наоборот).
Большинство реальных тел, имея непрерывный спектр излучения, способны излучать меньше энергии, чем абсолютно
черное тело. Спектральная интенсивность излучения
J таких тел при любой длине волны в ε раз меньше, чем аналогичная
интенсивность
J
s
абсолютно черного тела. Такие тела называют серыми телами. Величину
s
J
J
=ε
называют степенью черноты серого тела. Из определения следует, что эта же величина характеризует и отношение полных
излучательных способностей серого Е и абсолютно черного E
s
тел
s
s
s
E
E
dJ
dJ
J
J
=
λ
λ
==ε
∫
∫
∞
∞
0
0
.
Величины ε разных тел определяются экспериментально и приводятся в справочной и учебной литературе [15], [26].
И
Q
A
Q
Q
R
Q
D
Рис. 2.78 Взаимодействие
излучения с телом

Страницы