6.2 Баланс лучистого теплообмена
Из всего количества падающей на тело лучистой энергии Епад часть ее поглощается ЕА, часть отражается ЕR и часть проходит сквозь тело ЕD (рисунок 6.2). На основании закона сохранения энергии можно записать
,
(6.3)
или в безразмерном виде:
,
(6.4)
где А = ЕА/Eпад – коэффициент поглощения;
R = ER/Eпад – коэффициент отражения;
D = ED/Eпад – коэффициент пропускания.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
А |
R |
D |
|
|
|
1 |
0 |
0 |
- абсолютно черное тело |
|
0 |
1 |
0 |
- абсолютно белое тело |
||
0 |
0 |
1 |
- абсолютно прозрачное тело |
||
|
|
|
|
||
Рисунок 6.2 - Распределение энергии излучения, падающей на тело |
|||||
Коэффициенты А, R, D могут принимать значения от 0 до 1.
Тело, поглощающее все падающее на него излучение, для которого А = 1, R = D = 0, называется абсолютно черным телом. Наиболее близки к абсолютно черному телу сажа и бархат (А = 0,97 0,98). Все величины, относящиеся к абсолютно черному телу принято обозначать индексом "0", например А 0 = 1.
Тело, отражающее все падающее на него излучение, для которого R = 1, A = D = 0, называется абсолютно белым. К нему наиболее близки полированные металлы (R = 0,97).
Тело, пропускающее все падающее на него излучение, для которого D = 1, R = A = 0, называется абсолютно прозрачным телом. Одно- и двухатомные газы практически прозрачны.
В природе абсолютно черных, белых и прозрачных тел не существует. Тела, у которых коэффициент поглощения 0 < A <1 и А = сonst во всем диапазоне длин волн, называются серыми телами. Большинство твердых тел можно рассматривать как серые тела.
Для монохроматического излучения уравнение (6.4) имеет вид:
А + R + D = 1 .
Для одного и того же тела при различных длинах волн величины А , R и D могут иметь существенно различные значения. Так, обычное стекло хорошо пропускает световые (видимые) лучи, но почти не пропускает ультрафиолетовые и инфракрасные лучи. Интегральный коэффициент поглощения стекла А = 0,94.
При умеренной температуре источника излучения цвет поверхности не определяет ее поглощающую способность. Так, у снега коэффициент поглощения А = 0,985, т.к. снег поглощает тепловые лучи, но не поглощает световые.
Общая энергия, излучаемая телом, состоит из двух составляющих: собственного излучения Е и отраженной лучистой энергии ЕR. Сумма потоков собственного и отраженного телом излучения называется его эффективным излучением:
Е эф = Е + ЕR = E + R . Епад. (6.5)