ТЕПЛООБМЕН ИЗЛУЧЕНИЕМ

Особенности теплообмена излучением. Основные понятия и определения

Все нагретые материальные объекты излучают энергию в окружающее пространство с помощью электромагнитных волн, которые излучаются атомами вещества и распространяются в пространстве прямолинейно. Затем это излучение поглощается другими атомами в других областях пространства и т.д. Помимо волновых свойств, излучение обладает также корпускулярными свойствами, т.е. лучистая энергия испускается и поглощается дискретно

отдельными квантами энергии или фотонами.

Таким образом, излучение имеет двойственный

характер, т.к. обладает свойствами непрерывности поля электромагнитных волн и свойствами дискретности, типичными для фотонов.

определяется по формуле: c

Распределение энергии по длинам волн и частот в спектре

излучающего тела связано с температурой и физической структурой тела. Тело, обладающее спектром,

соответствующим максимально возможному тепловому излучению при заданной температуре, называется

абсолютно черным.

Абсолютно черное тело полностью поглощает любое падающее на него тепловое излучение. Свойства реальных тел в большей или меньшей степени отличаются от свойств абсолютно черного тела.

Распределение энергии излучения абсолютно черного тела соответствует условиям термодинамического равновесия и однозначно определяется его температурой. В связи с этим излучение абсолютно черного тела называют также равновесным излучением.

Моделью абсолютно черного тела является бесконечно малое отверстие в равномерно прогретой

полости. Многократное отражение луча, попавшего через малое отверстие, обеспечивает практически его полное поглощение независимо от отражательной способности

внутренних поверхностей полости.

Спектр излучения практически всех твердых тел является непрерывным, газов – прерывистым, т.е. излучение селективно. У твердых тел поглощение и излучение происходит в тонком пограничном слое. Это позволяет использовать излучательные характеристики непосредственно геометрическим поверхностям тел. В общем случае поверхность тела частично поглощает, частично отражает и частично пропускает падающее из окружающего пространства тепловое излучение. Поглощенное излучение превращается в тепловую энергию тела, которая в виде лучистой энергии участвует в собственном излучении этого тела.

Энергия излучения, испускаемая в единицу времени по

Суммарное излучение с поверхности тела по всем длинам волн спектра называется интегральным

потоком излучения

Q

Интегральный поток, испускаемый с единицы поверхности, называется поверхностной плотностью потока интегрального излучения:

Тогда лучистый поток со всей поверхности: Q EdF

называется угловой плотностью излучения.

Угловые плотности спектрального и интегрального излучения определяются:

Отсюда:

d2Q I d cos dF

d2Q Id cos dF

I и I - интенсивности спектрального и интегрального излучения

Излучение, интенсивность которого одинакова по всем направлениям, называется изотропным.

Если это излучение с поверхности твердого тела, то оно называется диффузным излучением.

Излучение, обусловленное природой и температурой тела, называется собственным излучением.

Количество энергии излучения, падающей на данное тело,

обозначается Qпад

Поток поглощенного телом излучения – Qпогл

. Собственная плотность потока поглощенной лучистой энергии определяется по формуле

Eпогл A Eпад

A- коэффициент поглощения телом излучения.

Для абсолютно черного тела A 1

Тела, для которых спектральная поглощательная способность не зависит от длины волны, называются серыми телами. Для серых тел коэффициент поглощения

A const 1

. При этом часть падающей энергии отражается или проходит через них.

Часть энергии, которую поверхность отражает, носит название потока отраженного излучения. Соответственно,

плотность потока отраженного излучения определяется:

отражается равномерно по всем направлениям.

Часть энергии, которая проходит сквозь тело, называется плотностью потока пропускаемого излучения. Соответственно, плотность потока отраженного излучения определяется:

Тела, которые пропускают всю падающую энергию, называются диатермичными.