ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Интенсивность излучения и плотность потока излучения Вектор плотности потока излучения из "Тепломассообмен Изд3" Сопоставление процессов переноса теплоты за счет излучения и теплопроводности. Теплопроводность обусловлена движением микрочастиц тела теплообмен излучением осуществляется посредством электромагнитных волн или фотонов. Теплопроводность в пустоте отсутствует. Теплообмен излучением между телами осуществляется как при наличии, так и в отсутствии вещественной среды. Если среда не поглощает излучение, то ее температура никак не влияет на процесс переноса теплоты. Например, можно поджечь деревянный предмет, сфокусировав солнечные лучи с помощью линзы, изготовленной из льда. [c.417] Тепловой поток через произвольную элементарную площадку, выделенную в неравномерно нагретом теле, полностью определяется вектором q, который, в свою очередь, зависит только от значения X и grad Т в данной точке. Чтобы рассчитать интенсивность переноса теплоты в окрестности данной точки тела или среды в процессе теплообмена излучением, необходимо учесть энергию, переносимую всеми лучами, проходящими через данную точку. При этом на тепловое состояние любого малого элемента тела или среды непосредственно влияют все другие элементы излучающей системы. Таким образом, интегральным характером процесса теплообмен излучением отличается от теплопроводности. [c.417] Частота излучения не зависит от физического состояния той среды, в которой распространяется излучение, а длина волны зависит. [c.418] Спектр излучения различных тел. Спектры излучения всех тел можно причислить к одному из трех типов линейчатому, полосатому или сплошному. [c.418] Рассмотрим спектр излучения. Чтобы судить о спектре поглощения, вспомним из курса физики закон Кирхгофа в виде всякое вещество поглощает те лучи, которые само может испускать (см. 16.3). [c.418] Линейчатый спектр характерен для газов в атомарном состоянии, когда атомы практически не взаимодействуют друг с другом. Излучение таких газов в спектре дает линии очень узкой (но конечной) ширины. Используя квантово-механические представления, можно сказать, что линейчатый спектр излучения газов обусловлен переходом атома с одного электронного уровня энергии на другой. Каждому газу присущ вполне определенный линейчатый спектр, состоящий из отдельных спектральных линий или групп. При больших давлениях атомы взаимодействуют друг с другом, поэтому спектральные линии расширяются. При очень высоких температурах атом газа распадается на положительные ионы и электроны, которые находятся в свободном состоянии и при своем ускоренном движении образуют сплошной спектр излучения. [c.418] Двухатомные газы с симметричными молекулами (О2, N2) колебательных и вращательных полос не имеют, поэтому они не излучают энергию в инфракрасной области спектра. Объясняется это отсутствием у них ди-польного момента. Несимметричные двухатомные молекулы (СО, N0) обладают дипольным моментом, поэтому имеют полосы излучения в инфракрасной области спектра, хотя интенсивность излучения в этих полосах гораздо меньше, чем для трехатомных газов СО2 и Н2О (пар). [c.419] Сплошной спектр излучения характерен для жидких и твердых тел. В жидких и твердых телах, где частицы сильно взаимодействуют друг с другом, энергия каждой из них включает в себя и энергию ее взаимодействия с другими частицами, которая может иметь самые разнообразные значения. Поэтому вместо отдельных энергетических уровней, характерных для газов, здесь образуются сплошные полосы возможных энергетических состояний. При этом значение квантов излучения может быть самым различным. В результате спектр излучения получается сплошным. [c.419] Поглощение излучения. Французским ученым П. Бугером (1698— 1758 гг.) был установлен закон, согласно которому уменьшение интенсивности излучения при прохождении света через вещество происходит по закону экспоненты, т.е. интенсивность излучения на выходе из слоя поглощающего вещества в х — толщина слоя) раз меньше, чем на входе в него. Коэффициент а называется коэффициентом поглощения, который зависит от длины волны и др. На опыте можно убедиться в том, что коэффициент а мал для газов и велик для металлов. Действительно, луч света, хотя и с большим ослаблением, проходит через толстый слой водяного пара (тумана), а даже через тонкую металлическую пластину не проходит. [c.419] Физически большой коэффициент поглощения металла объясняется тем, что в металлах из-за наличия свободных электронов, движущихся под действием электрического поля световой волны, возникают быстропеременные токи, сопровождающиеся выделением джоулевой теплоты. При этом энергия световой волны быстро уменьшается, превращаясь во внутреннюю энергию. Таким образом, в металлах, а также и во многих диэлектриках поглощение (а также и излучение) энергии происходит в пределах тонкого поверхностного слоя. Энергия излучения, исходящая от таких тел, пропорциональна площади поверхности. Газы, если они в данной области спектра не прозрачны для теплового излучения, поглощают и излучают во всем объеме. Поэтому энергия излучения газа пропорциональна занимаемому им объему. Поглощение или излучение газов называется объемным. Объемным оно будет также называться и в том случае, если газ содержит во взвешенном состоянии мелкие твердые частицы (например, частицы сажи, золы или кокса в продуктах сгорания топлив). [c.420] Различают интегральные и спектральные (монохроматические) характеристики излучения. Интегральные характеристики соответствуют энергии излучения во всем спектре длин волн от О до а спектральные — предельно узкому интервалу длин волн [А,, X + ёА.]. И те, и другие характеристики будут рассматриваться применительно к поверхностному излучению, будь то поверхность твердого тела или поверхность газового объема. [c.420] Интегральные характеристики энергии излучения. Поток излучения — количество энергии излучения, переносимой в единицу времени через произвольную поверхность. Поток излучения обозначается Q, Вт. Этим понятием характеризуется как собственное излучение тела, которое зависит только от его температуры и радиационных свойств, так и падающее на произвольную поверхность излучение, поглощенное, отраженное и другие потоки излучения. [c.420] Если плотность потока излучения для всех точек поверхности F одинакова, то Q = ЕР, где Р — площадь поверхности. [c.420] Интенсивность излучения — отношение потока излучения, распространяющегося в данном направлении в пределах элементарного телесного угла, к единице телесного угла и к единице площади поверхности, расположенной в данной точке перпендикулярно к направлению излучения. [c.420] Интенсивность излучения диэлектриков постоянна в области О 0 тг/6 и уменьшается до нуля при 0 л/6. Для металлов в диапазоне О 0 л/4 интенсивность излучения практически постоянна, далее с ростом 0 увеличивается и имеет максимум при значениях угла, близких к 0 л/2. Для шероховатых поверхностей I onst. [c.422] для которых выполняется закон Ламберта как для собственного, так и для отраженного излучений, называются диффузными. Для диффузных тел расчет теплообмена излучением значительно проще, чем для реальных. [c.422] Здесь Пд — единичный вектор нормали к элементарной площадке. Если Г— площадь замкнутой поверхности, то Пд — вектор внешней нормали. В таком случае в (16.7) Q — поток энергии излучения, уходящей из объема, ограниченного поверхностью Р. [c.423] Если контрольная поверхность Р совпадает с граничной поверхностью системы твердых тел, то в (16.7) Пд будет представлять собой внутреннюю нормаль к этой поверхности. Отсюда следует, что в случае непрозрачного тела результирующий поток излучения есть разность между потоками поглощенного и собственного излучений. [c.423] Здесь г, — единичный вектор, характеризующий направление луча 5. [c.424] Мы доказали, что рцз(М) есть проекция на направление вектора Пд, перпендикулярного площадке йР. [c.424] Вернуться к основной статье