Энергии

Поглощение, отражение и пропускание лучистой

Вид излучения Длина волны, мкм

Основные понятия

Лучистый теплообмен (теплообмен излучением или радиацией) может происходить между телами, находящимися на больших расстояниях друг от друга. Классическим примером этого явления служит излучение солнца на землю. Отсутствие непосредственного соприкосновения тел, участвующих в теплообмене, а также отсутствие теплоносителя в виде газа или жидкости, является характерной особенностью лучистого теплообмена.

Тепловое излучение— результат внутриатомных процессов, обуслов­ленных влиянием температуры, почему излучение и называется также температурным. При нагреве тела тепловая энергия переходит в лучи­стую энергию. Если пропускать через нихромовую спираль электриче­ский ток, то спираль нагреется (электрическая энергия перейдет в тепловую) и будет лучеиспускать в пространство (тепловая энергия переейдет в лучистую).

Лучеиспускание тела в пространство может быть равномерным или направленным. Лучистая энергия, падающая на тело в зависимости от его природных свойств, формы и состояния поверхности, в общем случае частью поглощается телом и переходит в тепловую энергию (а иногда в другие формы энергии), частью проходит сквозь него 4и частью отра­жается в окружающее пространство.

Согласно электромагнитной теории света, носителями лучистой энергии являются электромагнитные волны, излучаемые телами. Эти волны в изотропной среде или вакууме распространяются прямолинейно со скоростью света, подчиняясь оптическим законам преломления, погло­щения и отражения. Колебания электромагнитных волн направлены перпендикулярно к пути луча. При взаимодействии с веществом носите­ли лучистой энергии проявляют себя как фотоны (кванты энергии), об­ладающие характером движущихся частиц. Данные о длинах волн не­которых видов излучения приведены ниже:

Космические и γ-лучи...... ………..0,00001—0,0001.

Лучи Рентгена.......……………….….0,001—0,02.

Ультрафиолетовые лучи.……………0,02— 0,4.

Видимые (световые) лучи...………. 0,4—0,76.

Инфракрасные (тепловые) лучи ……0,76,—400.

Радио и электрические волны... … 400 и выше.

В общем спектре участок видимого излучения мал по сравнению с участком теплового излучения, примыкающего к красной части види­мого спектра. Тепловые лучи называют также инфракрасными.

Разные тела по-разному поглощают, отражают или пропускают лу­чистый поток.

На рис. 3.1 показано распределение энергии при падении излуче­ния на поверхность реального жидкого или твердого тела. Некоторая часть лучистого потока, равная Q_R, отражается. Другая часть потока Q_A поглощается телом и, наконец, остаток Q_D проходит сквозь тело.

Общий поток лучистой энергии складывается следующим образом

Q = Q_R + Q_A + Q_D (3.1)

или

Q_R /Q + Q_A/Q + Q_D/Q = R+A+D, (3.2)

где R = Q_R /Q — доля отражаемого телом лучистого потока, называе­мая отражательной способностью тела;

A = Q_A/Q — доля поглощаемого телом лучистого потока — поглощательной способностью тела;

D = Q_D/Q — доля пропускаемого телом через себя лучистого пото­ка — пропускательной способностью.

Значение этих коэффициентов зависит от природы тела, состояния его поверхности, температуры тела и спектрального характера или вида излучения.

Следует различать зеркальное отражение лучей от диффузного. Если при отражении поверхностью луч остается в одной

плоскости, подчиняясь закону равенства углов падения и отражения, то такую по­верхность называют зеркальной. Однако чаще всего поверхность тела является матовой и шероховатой и луч разла­гается на множество лучей, диффузно отража­ющихся во многих направлениях.

Рис. 3.1. Распределение энергии при падении излу­чения на поверхность тела

Тело, полностью отражающее все падаю­щие на него лучи, называется белым; для него R =1 и А=0=D. Если поверхность тела диффузно отражает все падающие лучи и при том равномерно во всех направлениях, ее называ­ют абсолютно белой.

Тело, полностью поглощающее лучистую энергию, называют абсолютно черным; для не­го А= 1 и R =0= D. Абсолютно черных и белых тел в природе не существует.

Тело, пропускающее через себя полностью все лучи без отражения и поглощения, назы­вают диатермичным; для него D =1 и А = 0 = R.

Чистый сухой воздух вполне прозрачен для тепловых лучей, которые проходят через него, не отражаясь и не поглощаясь. Однако, если в воз­духе содержатся пыль или трехатомные газы (углекислота, водяные па­ры и др.), то он не лучепрозрачен. Прозрачны такие твердые тела, как стекло и слюда, но большинство реальных твердых тел практически не­прозрачно и поэтому для них D =0 и

А + R =1.

Газообразные тела не отражают, но могут поглощать и пропускать лучи; для них R = 0 и А+D=1. Продукты сгорания, содержащие угле­кислоту и водяные пары, являются полупрозрачными по отношению к тепловым лучам.

Поглощательная способность абсолютно черного тела А=1. Реальные тела, даже такие, как сажа или черный бархат, отражают не менее 2—3% всей падающей лучистой энергии. Модель абсолютно черного тела представляет собой «ловушку» для лучей, в которой попав­ший луч поглощается полностью после многократных отражений.

Дата добавления: 2014-01-07