17. Тепловое излучение: диапазон длин волн, основные свойства, энергетический баланс. Классификация тел по их излучательным характеристикам. Излучение – энергия колебаний электромагнитного поля

Q – поток энергии теплового излучения (поток излучения), Вт

Е – плотность потока теплового излучения, Вт/м²

Основные свойства теплового излучения:

1. Тепловое излучение свойственно всем телам, каждое из них излучает энергию в окружающее пространство.

2. При попадании на другие тела энергия частично поглощается, частично отражается и частично проходит сквозь тело. Та часть лучистой энергии, которая поглощается телом, снова превращается в тепловую. Та часть энергии, которая отражается, попадает на другие (окружающие) тела и ими поглощается. То же самое происходит и с той частью энергии, которая проходит сквозь тело.

3. Энергия излучения полностью распределяется между окружающими телами. Следовательно, каждое тело не только непрерывно излучает, но и непрерывно поглощает лучистую энергию.

В результате явлений, связанных с двойным взаимным превращением энергии (тепловая—лучистая—тепловая), и осуществляется процесс лучистого теплообмена.

При одинаковой температуре тел вся система находится в так называемом подвижном тепловом или термодинамическом равновесии. В этом случае все тела системы также излучают и поглощают, только для каждого из них приход лучистой энергии равен ее расходу.

Э нергетический баланс:

п оглощенная энергия

отраженная энергия

проходящая энергия

При А=1, R=0, D=0 вся энергия поглощается – абсолютно черное тело

При R=1, А=0, D=0 вся энергия отражается – тело зеркальное (если отражение подчиняется законам геометрической оптики) или абсолютно белое (если отражение диффузное, т.е. рассеянное)

При D=1, А=0, R=0 вся энергия проходит через тело – абсолютно прозрачное (диатермическое) тело

17. Закон Стефана-Больцмана. Степень черноты тела. Закон Кирхгофа, спектр теплового излучения для различных тел

Закон Стефана-Больцмана для абсолютно черного тела (форма записи для технических расчетов)

Вт/(м²·К⁴) – коэффициент излучения абсолютно черного тела

Степень черноты тела

Закон Стефана-Больцмана для реального (серого) тела

С – коэффициент излучения реального тела

Закон Кирхгофа устанавливает связь между отражательной и поглощательной способностью

т ела

Спектр теплового излучения в зависимости от длины волны

1 – абсолютно черное тело; 2 – серое тело; 3 – газ

17. Закон смещения Вина. Лучистый теплообмен между телами.

Закон смещения Вина устанавливает связь между температурой и длиной волны, соответствующей максимуму плотности потока теплового излучения

Лучистый теплообмен между телами

1. Интенсивность теплообмена между двумя параллельными серыми поверхностями

определяется зависимостью

2. Теплообмен между длинными цилиндрами (а), или когда выпуклое и вогнутое тела образуют замкнутое пространство (б, в).

17. Основные закономерности теплопередачи. Теплопередача через плоскую стенку.

Рассмотрим процесс переноса теплоты от нагретого воздуха к холодному через ОК (стенку).

Данный процесс, т.е. теплопередача определяется совокупным действием рассмотренных элементарных явлений.

Т еплопроводность, конвекция и тепловое излучение являются лишь частными условиями общего процесса переноса теплоты. Количественной характеристикой этого процесса является коэффициент теплопередачи k, значение которого определяет количество теплоты, переданное в единицу времени через единицу поверхности стенки от одной среды к другой при разности температур между ними в один градус.

Сложный процесс теплопередачи целиком определяется явлениями теплопроводности, конвекции и теплового излучения, а коэффициент теплопередачи является лишь количественной, чисто расчетной характеристикой.

Взаимная связь между коэффициентами теплопередачи, с одной стороны, и коэффициентами теплопроводности и теплоотдачи, зависит от многих факторов.

Теплопередача через плоскую стенку

В стационарном режиме тепловой поток при распространении от одной среды к другой через

разделяющую их стенку не меняет своей величины и прямолинейного направления.

Процесс теплопередачи можно разделить на три стадии:

1. Передача тепла от внутреннего воздуха к стенке (путем конвекции, излучения)

2. Передача тепла через стенку (путем теплопроводности).

3. Передача тепла от стенки наружному воздуху (путем конвекции, излучения).

• Следовательно, для плотности теплового потока q можно написать три выражения:

Отсюда коэффициент теплопередачи