Излучение, лучистый теплообмен.

Природа корпускулярно- волновая и состоит в испускании телом в окружающую среду электромагнитных колебаний. Отсутствует непосредственное соприкосновение между телами – главная особенность. Излучение осуществляется прямолинейно, со скоростью света, по всем направлениям и подчиняется закону геометрической оптики. При встрече потока частиц с препятствием, электромагнитные колебания преобразуются во внутреннюю энергию, что сопровождается нагреванием тела. Для любого тела можно записать баланс лучистой энергии:

Q_А+ Q_R+ Q_Д= Q: Q, А+R+Д=1

 

Q_R                        Q

 

                                               А - поглощательная способность

                                               R - отражательная

                                                Д - пропускательная

                  Q_Д

 

А = 1, R = 0, Д = 0-абсолютно черное тело (сажа), Е = 1- степень черноты

R = 1, А = 0, Д = 0- абсолютно белое тело (полированный металл)

Д = 1, А = 0, R = 0- абсолютно прозрачное тело (двухатомные газы О₂, N₂, H₂)

Основные законы теплового излучения.

Закон Планка

Плотность потока излучения при данном значении длины волны (спектральная плотность потока излучения) для абсолютно черного тела.

λ- длина волны

Т - абсолютная температура тела, К

с₁=3,68*10^-16, Вт/м²

с₂=1,44*10^-2, Вт/мК

е-экспонента

закон смещения Вина λ_maxТ=2,89*10^-3,мК

Отражает смещение максимума спектральной плотности с увеличением температуры в сторону коротких длин волн.

                                                                                     

                                                               С увеличением Т,

 2000˚ С                                      max смещается в сторону

1500˚ С                                                    коротких волн.

                                                                               

1000˚ С                                              С увеличением Т,

                                                               энергия излучения

      500˚ С                                                     повышается.

 

Е = 0

  Закон Стефана- Больцмана

Поверхностная плотность потока излучения (лучистый поток с единичной поверхности тела) по всем направлениям в пределах телесного полусферического угла, пропорциональна абсолютной температуре в 4-й степени

С₀ = 5,7 Вт/(м²К)⁴- коэффициент излучения абсолютно черного тела

Е = ε∙Е₀, ε-степень черноты

 

Кривая распределения спектральной плотности потока излучения

Е_λ=f (λ)

Для серого тела лежит несколько ниже, чем для аналогичной кривой для черного абсолютного тела при той же температуре.

 

                                       Абсолютно серое тело

                                                                 Абсолютно черное тело            

               

   Е_λ

 

                                        

                                                                                                                                                                                                                                

Особенности к излучению газов

Опыт показывает, что излучение газов отклоняется от закона абсолютной температуры в 4-й степени. Оставляя в силе закон Стефана- Больцмана, с введением корректирующего множителя.

ε_г- степень черноты объема газа, ε_г=f(t,P_i*l),

P_i*l- произведение парциального давления на длину пути луча в объеме газов

Закон Кирхгофа

 

Отношение энергии излучения к энергии поглощения для любого тела одинаково и равно энергии излучения абсолютно черного тела при той же температуре. Квантовый механизм преобразования энергии в теле в процессе её излучения и поглощения одинаков.

Степень черноты тела равна его поглощательной способности.

Закон Ламберта

 Е = Е_n = Е_max

В направлении нормали к излученной поверхности, излучение максимально, а в направлении <φ к нормали излучение составит

Е = Е_ncos φ                                                                         j