Лекция №10 Теплообмен излучением Общие положения
Тепловое излучение тел - это электромагнитное излучение, определяемое температурой тела.
При температурах 273 К - 4000 К тепловое излучение занимает интервал длин волн примерно от 1000 мкм до 0,7 мкм, то есть включает инфракрасное излучение - от дальнего миллиметрового диапазона вплоть до красного участка видимого света.
Видимый свет (длина волны 0,4 - 0,7 мкм ) является тепловым излучением поверхности Солнца с температурой примерно 6000 К.
Большинство технических твердых материалов непрозрачны для инфракрасного излучения (включая стекло). Это означает, что поглощение и излучение происходит
на поверхности тел и определяется температурой поверхности и ее состоянием
(шероховатостью, степенью окисленности и т.п.). Излучение может осуществляться в газах.
Одноатомные и двухатомные газы (такие как азот, кислород) практически прозрачны для инфракрасного излучения. В них нет ни излучения, ни поглощения. Такие среды называются
оптически прозрачными.
Трехатомные газы (для нас особенно важны водяной пар и углекислый газ, содержащиеся в продуктах сгорания) сильно поглощают и излучают, но только на определенных длинах волн.
1
Основные понятия и законы
dQ |
d2Q |
Rsinψ |
|
||
dS |
|
|
ψ dω |
|
ψ dψ Rdψ |
dF |
dF |
dFcosψ |
Излучение площадки dF внутрь полусферы, отнесенное к этой площадке,
называется интегральной плотностью излучения
dQ |
|
Вт |
(0 ≤ λ ≤ ∞) |
||
dF |
= E |
м |
2 |
|
|
|
|
|
|
||
2
Основные понятия и законы (продолжение)
Если рассмотреть некоторый малый интервал длин волн от (λ; λ + dλ),измерить плотность потока излучения в этом интервале dE ,и отнести этот поток к этому интервалу длин волн, то получится спектральная плотность потока излучения:
Eλ = dE ; Вт3 dλ м
Эта величина показывает, как сильно излучает тело при той или иной длине волны. Используя |
||||
световую аналогию, можно сказать, что спектральная плотность определяет цвет |
||||
излучения. |
|
d 2Q |
|
|
Энергетическая яркость излучения: |
I = |
|||
dω dF cosψ |
||||
|
|
|||
dFn
где d 2Q - поток энергии, излучаемой площадкой dF внутрь телесного угла dω,[ср] |
|
в направлении, составляющем угол ψ с нормалью к площадке |
dF |
Энергетическая яркость показывает, как сильно излучает тело в заданном направлении.
3
Диффузные излучатели
Диффузные излучатели – яркость излучения которых не зависит от направления
I = πE
Следовательно, излучение в заданном направлении можно подсчитать как:
d 2Q = |
E dω dF cosψ |
- закон Ламберта для диффузных излучателей |
|
π |
|
4