6. Исследование теплового излучения материала из нержавеющей стали

Цель работы: экспериментальное определение зависимости интегрального коэффициента излучения материала из нержавеющей стали от температуры.

6.1. Основные понятия

Все тела излучают в окружающую среду электромагнитные волны. Тепловое воздействие производят электромагнитные волны инфракрасного диапазона с длиной от 0,8 до 80 мкм, которые возникают за счет внутренней энергии нагретого тела и, достигнув другого тела, увеличивают его внутреннюю энергию.

Количественно тепловое излучение определяется температурой тела. Тело с большей температурой передает тепловую энергию, носителем которой являются электромагнитные волны, телу с меньшей температурой.

Суммарный процесс взаимного испускания, поглощения, отражения и пропускания энергии излучения в системах тел называется тепловым излучением (теплообменом излучением или лучистым теплообменом).

Основной характеристикой теплового излучения является излучательная способность тела, под которой понимается тепловой поток, излучаемый на всех длинах волн теплового диапазона по всем направлениям с единицы поверхности тела в единицу времени

E = Q / F , Вт/м² ,

где Q – суммарное (интегральное) излучение тела с его поверхности F

по всем направлениям. Излучательная способность определяется природой тела, его температурой и характеризует собственное излучение тела.

Реальные тела обладают свойствами частичного отражения, поглощения и пропускания падающей на них энергии электромагнитного излучения (рис. 12).

Рис. 12. Отражение, поглощение и пропускание телом теплового излучения

Коэффициент отражения R равен доле излучения, отраженного телом

R = Q_отр / Q_пад = E_отр / Е_пад .

Коэффициент поглощения А равен доле излучения, поглощенного телом

А = Q_погл / Q_пад = E_погл / Е_пад .

Коэффициент пропускания D равен доле излучения, пропущенного телом

D = Q_проп / Q_пад = E_проп / Е_пад .

В соответствии с законом сохранения энергии

Q_пад = Q_отр + Q_погл + Q_проп

или

Е_пад = Е_отр + Е_погл + Е_{проп .}

Откуда следует, что

R + A + D = 1 .

Тело, для которого А=1, называется абсолютно черным. Оно полностью поглощает всю падающую на него энергию электромагнитного излучения. В качестве абсолютно черного тела можно использовать любое тело, покрытое нефтяной сажей или копотью. Коэффициентом поглощения, близким к единице, обладают также снег и лед (А=0,95…0,98).

Если тело обладает коэффициентом R=1, то оно называется абсолютно белым. Оно отражает всю падающую на него энергию электромагнитного излучения. Близким по свойствам к абсолютно белому телу является полированная (электролитная) медь.

Тело, имеющее коэффициент D=1, называется абсолютно прозрачным. Оно полностью пропускает всю падающую на него энергию электромагнитного излучения. Таким свойством обладают 1- и 2- атомные газы.

Основным свойством реальных тел в природе (которые называют также серыми) является способность частичного поглощения, отражения и проницаемости падающих на них электромагнитных волн теплового диапазона.