74 Теплообмін випромінюванням між поверхнями.

Природа теплового випромінювання. Процеси променевого (радіаційного) теплообміну широко розповсюджені в теплотехніці, ядерній енергетиці, ракетній техніці, металургії, сушильній техніці, хімічній технології, геліотехніці і т.д. Теплове випромінювання – процес розповсюдження внутрішньої енергії випромінюючого тіла шляхом електромагнітних хвиль. Електромагнітні хвилі це електромагнітні збурення, які виходять з випромінюючого тіла і розповсюджуються у вакуумі зі швидкістю світла с = 2,9979 ∙ 109 м/с. При поглинанні електромагнітних хвиль іншим тілом вони знову перетворюються в енергію теплового руху молекул. Збудниками електромагнітних хвиль є заряджені матеріальні частинки, тобто електрони і іони, які входять до складу речовини. При цьому коливання іонів відповідають випромінюванню низької частоти; випромінювання, зумовлено рухом електронів, може мати високу частоту, якщо вони входять до складу атомів і молекул. Випромінювання металів, які мають вільні електрони, набуває характер імпульсів і має хвилі різної частоти, у тому числі хвилі низької частоти. Крім хвильових властивостей випромінювання має також і корпускулярні властивості. Корпускулярні властивості полягають у тому, що променева енергія випромінюється і поглинається речовиною не безперервно, а окремими дискретними порціями – квантами світла або фотонами, енергія яких дорівнює , де  = 6,62 ∙ 10–34 Дж∙с – стала Планка, а  – частота коливань еквівалентного магнітного поля. Фотон – частинка матерії, яка має енергію, кількість руху і електромагнітну масу. Тому теплове випромінювання можна розглядати як фотонний газ. Теплове випромінювання (radiation) – це процес поширення енергії за допомогою електромагнітних хвиль (electromagnetic waves). Воно виникає за рахунок внутрішньої енергії речовини. Енергія випромінюється та поглинається окремими дискретними порціями – квантами (фотонами), які поширюються зі швидкістю світла с. Енергія кожного фотона дорівнює hν, де h – стала Планка; ν – частота (frequency) випромінювання. Для характеристики випромінювання використовують також довжину (length) хвилі λ. Зв'язок між довжиною хвилі та частотою визначається за формулою с = λ·ν. Спектр рівноважного випромінювання не залежить від природи речовини. Область теплового випромінювання охоплює діапазон λ= 10^-4 – 10^-7 м. В процесі теплообміну беруть участь лише короткі хвилі (10^-3 – 1мм). Тому теплове випромінювання можна розглядати як поверхневе явище. Випромінювання залежить від температури тіла. Зі зміною температури змінюється не тільки інтенсивність, але й склад (спектр) випромінювання.

Енергія теплового випромінювання, яка падає на тіло, може поглинатися (absorb), відбиватись (reflect) або проходити крізь нього (pass through), тобто

      .     (6.1)

Якщо (6.1) поділити на Q, то одержимо

      ,     (6.2)

де A, R, D – поглинальна, відбивальна та пропускна здатність тіла, відповідно (рис. 6.1).

Окремі випадки (6.2) дають поняття ідеальних тіл:

А = 1; R = D = 0 – тіло абсолютно чорне;

D = 1; R = А = 0 – тіло абсолютно прозоре (діатермічне);

R = 1; A = D = 0 – тіло абсолютно дзеркальне.