Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Основные характеристики излучения
Тепловое излучение тел, рассматриваемое во всем спектре длин волн от нуля до бесконечности, называется интегральным излучением, в узком интервале длин волн от λ до (λ+dλ) – монохроматическим или спектральным. Характеристики монохроматического излучения обозначаются индексом «λ». Излучение данного элемента тела или среды распространяется в пространстве по всем возможным направлениям. Излучение, распространяющееся по различным направлениям в пределах полусферического телесного угла (w=2p), называется полусферическим (пример: излучение твердых тел); излучение, распространяющееся в пределах сферического телесного угла (w=4p), называется объемным (пример: излучение газов). Поток излучения Q, Вт – количество энергии излучения, переносимой в единицу времени через произвольную поверхность. Поверхностная плотность потока излучения Е, Вт/м2 – поток излучения, проходящий через единицу поверхности по всевозможным направлениям в пределах полусферического телесного угла.
. (1)
При изучении физических свойств, как правило, вначале изучается объект с идеальными свойствами. Поведение такого объекта всегда можно описать аналитически. Затем на основе экспериментальных данных получают параметры, которые связывают характеристики идеального и реального объектов. В излучении таким удобным идеальным объектом является так называемое чёрное тело. Его свойства состоят в том, что это тело поглощает всё излучение, падающее на его поверхность от других тел (т.е. оно не отражает и не пропускает падающую энергию излучения). Кроме того, это тело, из всех реальных тел той же геометрии и с той же температурой, излучает максимальное количество энергии любого диапазона длин волн. Принадлежность характеристики излучения к черному телу отмечается индексом «о»: Е0, Еl,0. В связи со вторым свойством чёрного тела можно говорить о том, что отношения и , (2)
для реальных тел той же геометрии и имеющих с чёрным телом одинаковую температуру будут обязательно меньше единицы. Характеристики e, el называются интегральной и спектральной степенью черноты твёрдого тела. Степень черноты есть отношение потока собственного излучения тела к потоку излучения абсолютно черного тела при той же температуре.
Закон Планка. Для абсолютно чёрного тела М. Планком была получена зависимость плотности потока излучения по длинам волн в зависимости от температуры в виде: , (3)
где С1=3,7×10 -16 Вт·м2, С2=1,44×10-2 м·К– постоянные величины; Т - абсолютная температура чёрного тела. Графически закон Планка представлен на рис. 3. Из него следует, что: 1. Кривые Еλ,0 (l,Т) имеют максимум. 2. С возрастанием температуры возрастает Еλ,0, а максимум Еλ,0max смещается в область более коротких волн. 3. Максимум энергии интегрального излучения при температуре около 2000 К приходится на диапазон l @ (1 ¸ 2) мкм. Закон Стефана – Больцмана. Плотность потока интегрального полусферическогоизлучения абсолютно черного тела пропорциональна абсолютной температуре в четвертой степени. Этот закон может быть получен на основании закона Планка. По определению Е0= . (4)
Подставляя Еλ,0, Вт/м2 после преобразования получим
Е0=s0×Т4, (5)
где s0=5,67×10-8 Вт/(м2×К4) - постоянная Больцмана. Для практических расчетов вместо (5) удобнее использовать Е0=С0× , (6) где С0=5,67 Вт/(м2×К4) - коэффициент излучения абсолютно черного тела.
Чёрное тело является идеальным, и поэтому реальные тела могут лишь в той или иной степени к нему приближаться. Степень приближения оценивается величинами ε и ελ. Примерами тел со степенью чёрноты ε, близкой к единице, является сажа, известь, снег, шероховатый лист стали. Известь и снег, несмотря на свою белизну, являются практически чёрными телами, т. к. они отражают видимый свет, который как было сказано вносит малую долю энергии в общий падающий поток излучения. Таким образом, снег и известь являются почти белыми телами для видимого света и практически чёрными для суммарного падающего потока излучения. Степень черноты зависит от природы тела, его шероховатости, температуры. Как правило, степень черноты определяется экспериментально и заносится в таблицы, а затем используется для определения потока излучения реального тела по формулам:
E=ε × E0, E λ =ελ × Eλ,0. (7)
Интересно отметить, что существует категория реальных тел, которые имеют спектральную степень черноты, практически не зависящую от длины волн, т. е. ελ=ε=const. Это позволяет определить плотность потока излучения по формуле:
E=eλ×σ0×T4=ε×σ0×T4, т.к. ελ=ε. (8)
Такие тела называются серыми. Многие тела можно рассматривать в первом приближении как серые тела. В соответствии с (8), если два тела с разными температурами находятся в поле зрения друг друга, то энергия в виде излучения поступает не только от горячего к холодному, но и наоборот. При этом второе начало термодинамики не нарушается, т. к. результирующий энергообмен всегда протекает в пользу холодного тела. Однако, тот факт, что энергия идёт и от холодного тела к горячему, является интересным и также отличает излучение от конвекции и теплопроводности. Вследствие сильной зависимости Е0 от температуры можно ожидать, что при высоких температурах энергия излучения будет сравнима и даже много больше, чем энергия, переносимая конвекцией и теплопроводностью. Действительно, уже при температурах~100оС тепловое излучение нередко составляет десятки процентов от общего теплового потока и его нельзя не учитывать. В обычных холодильных машинах и криогенной технике излучение, как правило, не учитывается, т. к. потоки излучения не превышают погрешность инженерного расчёта, т. е. меньше 3-4%. При теплообмене между телом и оболочкой с температурами Т1 и Т2 и степенью черноты ε1 и ε2 соответственно результирующий тепловой поток между телами определяются следующим образом:
, (9)
где F1 и – площади поверхностей тела и оболочки соответственно. В случае, когда F1/F2 £ 1: . (10)
Метод двух эталонов.
|
||||||
Последнее изменение этой страницы: 2020-11-23; просмотров: 173; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 18.221.59.245 (0.008 с.) |