Атомная и квантовая Физика

Тема 40. Тепловые экраны

Теплообмен между телами, нагретыми до разных температур, обес­печивается теплопроводностью среды между телами, конвекционными потоками в этой среде и тепловым излучением. Поднесите ладонь к горячему чайнику или электрической лампочке и Вы почувствуете тепловое излучение. Солнечный свет - отфильтрованная атмосферой Земли часть теплового излучения раскаленной солнечной плазмы. Те­пловое излучение идет от любого тела в виде электромагнитных волн, диапазон и интенсивность которых зависят от температуры тела. С ростом температуры тела растут интенсивность излучения и частоты, на которые приходится наибольшая доля излучаемой энергии. Соглас­но закону Стефана-Больцмана полная мощность теплового излучения с единицы поверхности абсолютно черного тела пропорциональна че­твертой степени его термодинамической температуры (по шкале Кель­вина). Реальные тела с разной степенью приближения можно считать абсолютно черными.

Для уменьшения теплообмена, обусловленного тепловым излучени­ем, между телами, имеющими разные температуры, помещаются те­пловые экраны в виде тонких перегородок. Тепловые экраны особенно эффективны в вакууме, когда остается только один из трех механизмов теплообмена - тепловое излучение. Практическое применение тепловые экраны находят в криогенной технике.

Задание

1. Исследуйте влияние тепловых экранов на теплообмен между те­лами в вакууме в зависимости от количества экранов. Проведите рас­четы для простейшего случая двух параллельных стенок, имеющих разные температуры, с помещенными между ними экранами.

2. Попытайтесь сконструировать установку, демонстрирующую влияние тепловых экранов в реальных условиях, когда нет вакуума. Оцените для конкретной установки долю теплообмена из-за теплового излучения в общем, теплообмене и влияние тепловых экранов.

Литература

1. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики. М.: Высшая школа, 1989. С.400.

2. Савельев И.В. Курс общей физики. Т.З. М.: Наука, 1989. С.7.

3. Трофимова Т.И. Курс физики. М.: Высшая школа, 1990. С.317.