1.2.5 Теплові випромінювання

Теплове випромінювання – електромагнітне випромінювання тіла, яке знаходиться в стані термодинамічної рівноваги. Таке рівноважне випромінювання здійснюється, наприклад, якщо випромінювальне тіло знаходиться всередині замкнутої порожнини з непрозорими стінками, температура яких рівна температурі тіла [1.1, 1.12]. Нагріті тіла випромінюють електромагнітні хвилі. Випромінювання здійснюється за рахунок перетворення енергії теплового руху частинок тіла в енергію випромінювання. Розглянемо характеристики теплового випромінювання.

Випромінювальна властивість або спектральна густина енергетичної світності тіла – величина E_ν,T, яка чисельно дорівнює поверхневій густині потужності теплового випромінювання тіла в діапазоні частот

, (1.46)

dW– енергія теплового випромінювання з одиниці площі поверхні тіла за одиницю часу в діапазоні частот відνдоν+dν.

Випромінювальна властивість E_ν,T– це спектральна характеристика теплового випромінювання тіла, залежить від частотиν, абсолютної температуриTтіла, від його матеріалу, форми і стану поверхні, вимірюється в (Дж/м²).

Поглинальна здатність (монохроматичний коефіцієнт поглинання світла) – величина A_ν,T, що показує яка доля енергіїW_пад., що постачається за одиницю часу на одиницю площі поверхні тіла падаючими на неї електромагнітними хвилями з частотами в діапазоні відνдоν+dν, поглинається тілом:

, (1.47)

A_ν,T– величина безрозмірна.

Абсолютно чорним є тіло, якщо при будь-якій температурі повністю воно поглинає всі падаючі на нього електромагнітні хвилі, відповідно A_ν,T^чорн≡ 1.

Сіре тіло – якщо його поглинальна здатність однакова для всіх частот νі залежить тільки від температури, матеріалу і стану поверхні тілаA_ν,T^сір=A_T.

Між випромінювальною E_ν,Tі поглинальноюA_ν,Tздатностями будь-якого непрозорого тіла існує співвідношення

, (1.48)

де ε_ν,T– випромінювальна здатність абсолютно чорного тіла.

Інтегральна випромінювальна здатність тіла –

. (1.49)

це поверхнева густина потужності теплового випромінювання тіла.

Інтегральна випромінювальна здатність ε_Tабсолютно чорного тіла

. (1.50)

Співвідношення між інтегральною випромінювальною здатністю сірого тіла і його поглинальною здатністю

. (1.51)

Інтегральна випромінювальна здатність будь-якого тіла:

. (1.52)

В ділянці високих температур використовують методи вимірювання, які ґрунтуються на використанні залежності між температурою і випромінювальною здатністю. Сукупність цих методів називають оптичною пірометрією, а прилади, що реалізують ці методи – пірометри випромінювання [1.12]. В радіаційних пірометрах реєструється інтегральне випромінювання досліджуваного нагрітого тіла, в оптичних – реєструється його випромінювання в одному або двох вузьких ділянках спектру. В оптичній пірометрії розрізняють такі види температур [1.12].

Радіаційна температура T_рданого тіла – температура такого чорного тіла, сумарне випромінювання якого співпадає з випромінюванням досліджуваного тіла.

Колірна температура T_кнечорного тіла – це температура такого чорного тіла, яке має розподіл енергії в спектрі, найбільш близький до розподілу енергії випробуваного тіла при даній температурі.

Яскравісна температура T_ятіла – це температура абсолютно чорного тіла, спектральна густина енергетичної яскравості якого для довжини хвиліλ₀(λ₀= 660 нм) дорівнює спектральній густині енергетичної яскравості досліджуваного тіла для тієї ж довжини хвилі і в напрямку нормалі до його поверхні.