Основні закони теплового випромінювання

ТЕПЛООБМІН ВИПРОМІНЮВАННЯМ

Теплообмін випромінюванням відбувається безупинно між тілами, довільно розташованими в просторі. Теплове випромінювання властиво всім тілам: тверда, рідка й газоподібним, якщо їхня температура більше 0 ДО.

Спектр випромінювання більшості твердих і рідких тіл безперервний. Ці тіла випускають промені, що розрізняються між собою довжиною хвилі X, а отже, і своїми властивостями.

Розрізняють наступні види випромінювання: космічне, ■у-излучение, рентгенівське, ультрафіолетове, видиме, інфрачервоне й радіовипромінювання. У теплотехніку найбільший інтерес представляє теплове випромінювання. При температурах до 1500° С таке випромінювання в основному інфрачервоне й частково видиме (світло).

Променистою енергією називають фізичну величину, рівну що випускає, стерпні й сприйманої енергії випромінювання. Одиниця променистої енергії в СИ - джоуль (Дж), як й інших видів енергії.

Відношення променистої енергії вчасно випромінювання називають променистим потоком:

де Ф — променистий потік; Q — промениста енергія; t — час випромінювання. Якщо Q виражено в Дж, / — у з, то Ф повинне бути виражене у ватах (Вт).

Розрізняють излучательность й опромінення. Излучатель-ностью називають відношення променистого потоку рівномірно випромінюючої поверхні до площі цієї поверхні:

Відношення променистого потоку до площі поверхні, що випромінює (або поглинає) променистий потік, називають поверхневою щільністю променистого потоку:

Опроміненням називають відношення рівномірно падаючого променистого потоку до площі поверхні, на яку падає променистий потік:

де М — излучательность; Е — опромінення, Вт/м².

Потік випромінювання залежить в основному від температури випромінюючого тіла, площі його поверхні й від її фізичних властивостей.

Променистий потік, що падає на яку-небудь поверхню реально існуючого тіла, частково їм поглинається, частково відбивається й частково проходить крізь тіло. Позначимо поглинену частину потоку випромінювання через Фа, виражену

— через Ф_р і пропущену крізь тіло — через Фх. Очевидно, що Фа + Ф_р + Ф_т = Ф, де Ф — променистий потік. Розділивши обидві частини цієї рівності на Ф, одержимо: Фа/Ф + Фр/Ф + Ф_т/Ф = 1. Позначимо Фа/Ф = = а, Фр/Ф = р, Ф_т/Ф = т. Тоді а + р + т = 1. Тут а - коефіцієнт поглинання; р - коефіцієнт відбиття; т - коефіцієнт пропущення.

Якщо поверхня поглинає весь падаючий на неї потік випромінювання (а = 1; р = 0, т = 0), то вона називається чорної. Якщо гладка поверхня відбиває весь падаючий на неї потік випромінювання (а = 0; р = 1; т = 0), причому під тим же кутом, під яким він падає на неї, то таку поверхню називають дзеркальною. Якщо ж поверхня шорсткувата, то промінь, що падає на неї, розщеплюється при відбитті в різних напрямках. Така поверхня називається білої, а відбиття — дифузійним.

Якщо крізь тіло проходить весь падаючий на неї потік випромінювання, то таке тіло називається прозорим (а + р = = О-

У природі чорних, білих і прозорих тіл не існує; вони розглядаються як наукові абстракції, але деякі реальні тіла по своїх властивостях можуть більш-менш наближатися до цих абстракцій.

Все реально існуючі тіла називаються сірими. Для них а + р + т = 1.

Більшість твердих і рідких (краплинних) тіл випромінюють хвилі всіх довжин від 0 до оо, тобто мають суцільний спектр випромінювання. Гази можуть випромінювати енергію тільки в певних інтервалах довжин хвиль (смугах спектра), тобто мають лінійний спектр. Поза цими смугами гази прозорі для теплових променів, тобто не можуть випромінювати енергію. Це значить, що излучательность газів носить виборчий (селективний) характер.

Одне- і двохатомні гази прозорі для теплових променів. Практичне значення мають непрозорі трьох- і багатоатомні гази, особливо вуглекислий газ і водяна пара, що є продуктами згоряння палива.

Варто мати на увазі, що енергія випромінювання, що випускає чорним тілом, розподіляється нерівномірно по окремих довжинах хвиль. Кожній довжині лучачи при певній температурі відповідає певна спектральна інтенсивність випромінювання J (к), під якою розуміють відношення излучательности для певного інтервалу хвиль до даного інтервалу довжин хвиль ТАК. (Тут і далі всі ве-

личини, після позначення яких приводиться в дужках позначення довжини хвилі, наприклад J (к), позначають спектральні величини для даної довжини хвилі. Всі величини з індексом «s» характеризують чорне тіло.)

Дата добавления: 2014-01-15