3.3. Виды лучистых потоков

Энергия излучается телом при данной температуре во всех направ­лениях в виде спектра. Суммарное количество энергии, излученной на всех длинах волн в единицу времени, называют полным или интеграль­ным лучистым потоком Q. Монохроматическим или однородным (спект­ральным) лучистым потоком Q_λ называют излучение в узком интерва­ле длин волн: от λ до λ + Δλ.

Интегральный лучистый поток, приходящийся на единицу поверхно­сти, называют плотностью интегрального излучения

Е = dQ/dF, Вт/м² . (3.3)

Уравнение (3.3) служит и для выражения лучеиспускательной спо­собности поверхности или поверхностной плотности излучения, пред­ставляющей собой суммарное количество энергии (для всего спектра, т. е. для всех длин волн, начиная от λ=0 до λ=∞), излучаемое телом с единицы поверхности за единицу времени (т. е. плотность интеграль­ного или собственного излучения с поверхности тела).

При одной и той же температуре излучаемая энергия распределяет­ся различно при различных длинах волн и для того, чтобы это учесть, вводят понятие о спектральной интенсивности излучения, представляю­щей собой лучистый поток в узком интервале длин волн и выражаемой уравнением

I = dE / dλ, Вт/м³. (3.4)

Пусть на тело извне падает излучение Е_пад ,Вт/м² (падающее излучение). Часть падающего излучения в количестве Е_погл= АЕ_пад поглощается (поглощенное излуче­ние); остальная часть в количестве Е_отр= (1—А)Е_пад отражается (отраженное излучение). Суммарный поток из собственно­го излучения и отраженного называют эф­фективным излучением тела

Е_эф = Е + (1-А) Е_пад. (3.5)

Условие это отображено графически на рис. 3.2.

Рис. 3.2. Графическая иллюстрация соотноше­ния величин Е, Е_пад, Е_погл, Е_отр, Е_эф

Результирующее излучение учитывает наряду с собственным излучением и излучение, поглощаемое телом из окружающей среды АЕ_пад . Для другого случая, когда Т>Т_окр,

Е_рез ⁼ Е- АЕ_пад = Е_эф - Е_пад = q_рез (3.6) или

Е_эф = q_рез + Е_пад . (3.7)

Принимая во внимание, что

Е_пад = (Е - q_рез ) / А, (3.8) имеем

Е_эф = q_рез (1- 1/А) + Е/А. (3.9)

Эта зависимость широко используется для определения результирующих лучистых потоков.

3.4. Основные законы теплового излучения Закон Планка

В 1900 г. М. Планк, разрабатывая квантовую теорию излучения, тео­ретически вывел следующий закон распределения энергии, излучаемой абсолютно черным телом, в зависимости от длин волн

Е_0λ= С₁λ^-5 · ( е ^С2/λТ - 1)^-1 ,Вт/м³, (3.10)

где Е_0λ —спектральная интенсивность излучения абсолютно черного тела, Вт/м³ или Вт/ (м²·мкм);

λ — длина волны, м;

Т— абсолютная температура тела, ⁰К;

е— основание натуральных логарифмов;

С₁ = 3,68 ·10^-16 Вт/м² и С₂ = 1,67 ·10^-2 м.

Графически закон Планка изображен на рис. 3.3. Из графика вид­но, что начиная от нуля интенсивность излучения быстро рас-

тет с увели­чением длины волны, достигая макси­мума при некотором ее значении, пос­ле чего убывает.

Максимальная интенсивность из­лучения при повышении температуры смещается в область коротких волн, что видно из закона Вина, выражаемого уравнением

λ_max T = 2,9 мм ·⁰К. (3.11)