В5 теплообмен излучением

Носителями лучистой энергии являются электромагнитные колебания с различной длиной волн. Излучать электромагнитные волны способны все тела, имеющие температуру, отличную от абсолютного нуля. Излучение – это результат внутриатомных процессов. При попадании на другие тела энергия излучения частично поглощается, частично отражается и частично проходит сквозь тело. Доли энергии поглощённой, отражённой и проходящей от количества её падающей на тело обозначаются соответственно A, R и D.

Очевидно, что A + R + D =1.

Если R = D =0, то такое тело называют абсолютно чёрным.

Если отражательная способность тела R =1 и отражение подчиняется законам геометрической оптики (т.е. угол падения луча равен углу отражения), то такие тела называются зеркальными. Если же отражённая энергия рассеивается по всем возможным направлениям, то такие тела называются абсолютно белыми.

Тела, для которых D =1 называют абсолютно прозрачными (диатермичными).

Законы теплового излучения [1, с.65-68]

Закон Планка устанавливает зависимость поверхностной плотности потока монохроматического излучения абсолютно чёрного тела E_0l от длины волны l и абсолютной температуры T.

Закон Стефана-Больцмана. Экспериментально (И.Стефан в 1879 г.) и теоретически (Л.Больцман в 1881 г.) установили, что плотность потока собственного интегрального излучения абсолютно чёрного тела E₀ прямо пропорциональна абсолютной температуре в четвёртой степени, т.е.:

или (2.10)

где s₀ – постоянная Стефана-Больцмана, равная 5,67×10^-8 Вт/м²×К⁴;

С₀ – коэффициент излучения абсолютно чёрного тела, равный 5,67 Вт/м²×К⁴.

Индекс «0» во всех приведенных уравнениях означает, что рассматривается абсолютно чёрное тело. Реальные тела всегда серые. Отношение e=С/С₀ называют степенью черноты тела, оно изменяется в диапазоне от 0 до 1.

Применительно к серым телам закон Стефана-Больцмана приобретает вид: (2.11)

Величина степени черноты e зависит главным образом от природы тела, температуры и состояния его поверхности (гладкая или шероховатая).

Закон Ламберта. Максимальное излучение единицей поверхности происходит по направлению нормали к ней. Если Q_n - количество энергии, излучаемое по нормали к поверхности, а Q_j - по направлению, образующему угол j с нормалью, то, по закону Ламберта: Q_j =Q_n×cosj. (2.12)

Закон Кирхгофа. Отношение излучательной способности тела Е к его поглощательной способности А для всех тел одинаковое и равно излучательной способности абсолютно чёрного тела Е₀ при той же температуре: Е/А=Е₀=f(T).