Краткие теоретические сведения

Лучистый теплообмен между телами представляет собой процесс распространения внутренней энергии, которая излучается в виде электромагнитных волн в видимой и инфракрасной (ИК) области спектра.

Тепловое излучение (инфракрасное излучение (ИКИ)) представляет собой невидимое электромагнитное излучение с длиной волны от 0,76 до 420 мкм, обладающее волновыми и световыми свойствами. Длина волны видимого излучения – от 0,38 до 0,76 мкм [11].

По длине волны инфракрасные лучи делятся на коротковолновую ИКИ-А (менее 1,4 мкм), средневолновую ИКИ-В (1,4 – 3 мкм), длинноволновую ИКИ-С (3 мкм – 1 мм) область [1].

Основные законы физики инфракрасного излучения

Закон Кирхгофа: лучеиспускание обуславливается только состоянием излучающего тела и не зависит от окружающей среды. Лучеиспускательная способность любого тела пропорциональна его лучепоглощающей способности. Тело, поглощающее все падающие на него лучи (абсолютно черное тело), обладает максимальным излучением. На этом законе основано применение поглощающей защитной одежды, светофильтров, окраска оборудования, устройство приборов для измерения теплового излучения.

Закон Стефана-Больцмана: с повышением температуры излучающего тела мощность излучения увеличивается пропорционально 4-й степени его абсолютной температуры:

, (2.1)

где Е – мощность излучения, Вт/м²; σ – постоянная Стефана-Больцмана, равная 5,67032·10^-8 Вт∙м^-2∙К^-4; Т – абсолютная температура, К.

В соответствии с этим законом даже небольшое повышение температуры тела приводит к значительному росту отдачи тепла излучением. Используя этот закон можно определить величину теплообмена излучением в производственных условиях.

Количество тепловой энергии, передаваемое излучением, определяется законом Стефана-Больцмана по формуле:

, (2.2)

где Е – теплоотдача, Вт/м; С₁ и С₂ - константы излучения с поверхностей; σ – постоянная Стефана-Больцмана; Т₁ и Т₂ – температуры поверхностей, К; между которыми происходит теплообмен излучением.

При расчете теплоотдачи излучением учитывают температуру стен и других поглощающих тепловую радиацию поверхностей (среднерадиационная температура).

Закон Вина: произведение абсолютной температуры излучающего тела на длину волны излучения (λ_макс) с максимальной энергией – величина постоянная:

, (2.3)

где: С=2880; Т – абсолютная температура, К; λ – длина волны в мкм.

Исходя из закона Вина, длина волны максимального излучения нагретого тела обратно пропорциональна его абсолютной температуре:

(2.4)

Основная физическая характеристика инфракрасного излучения – интенсивность теплового излучения может быть определена по формуле:

, (2.5)

где Q – интенсивность теплового излучения, Вт/м²; F – площадь излучающей поверхности, м²; T₀ – температура излучающей поверхности, К; l – расстояние от излучающей поверхности, м.

Из формулы (2.5) следует, что количество лучистого тепла, поглощаемого телом человека, зависит от температуры источника излучения, площади излучающей поверхности и квадрата расстояния между излучающей поверхностью и телом человека [9].