Тепломассообмен (физико-математические основы): Учебное пособие, страница 6

Излучение  энергии  происходит  во  всем  объёме  тела,  но  вследствие  значительной  плотности  твердых  и  жидких  тел  в  окружающую  среду  выходит  излучение  лишь  очень  тонких  поверхностных  слоев (у  электропроводников  толщина  такого  слоя  составляет  около  0,001  мм,  а  у  непроводников – около  1,2 мм).  Поглощение  падающего  на  тела  излучения   происходит  в  слоях  той же  толщины.  Поэтому  принято  считать,  что  эти  тела  поглощают  и  излучают  поверхностью,  а  газы  -  всем  объёмом.

Спектр  поглощения-излучения  всех  реальных  тел  не  сплошной,  а  в разной  степени  прерывистый (полосчатый,  селективный).  У  твердых  и  жидких  тел  селективность  в  большинстве  случаев  невелика,  а  у  газов  -  весьма  ощутима.

Различают  излучение  монохроматическое,  в  интервале  длин  волн  от  l  до  (l+dl),  и  интегральное,  в  интервале  длин  волн   0 …¥.

Количество  энергии,  переносимой  излучением  через  вакуум,  не  меняется,  а  при  прохождении  через  какую-либо  среду  уменьшается  вследствие  частичного  поглощения  и  рассеяния.  На  границе  двух  сред  поток  излучения  делится  на  отраженный  и  проникающий  внутрь  объёма.  Газы  отражают  очень  слабо,  и поэтому  их  отражением  пренебрегают.  Часть  потока,  проникающая  внутрь  объёма,  может  пройти  через  него  полностью   или  частично,   в  зависимости  от  свойств  газа   и  длин  волн  излучения.  В  твердых  и  жидких  телах  прошедшие  внутрь  тепловые  лучи    почти  всегда  поглощаются  полностью;  только  некоторые  твердые  тела  почти  прозрачны  для  тепловых  лучей.

При переходе излучения из вакуума в какую-либо среду частота излучения  не меняется, а длина волны = , где - показатель  преломления, поэтому в некоторых случаях  в качестве характеристики  излучения предпочтительнее использовать  частоту , так как  ее постоянство при  переходе из среды в среду упрощает запись  уравнений  переноса.

В  общем  случае  схему  лучистых  потоков  можно  представить  следующим  образом  (рисунок  1):  падающий  на  тело  поток   энергии   Q_п

делится  на  отраженный  Q_о,   поглощенный  Q_пг  и   пропущенный  Q_пр.      В  соответствии  с  законом  сохранения  энергии   Q_п = Q_о + Q_пг + Q_пр.  Если  обе  части  этого  равенства  разделить  на  Q_п,  то  получится  новое равенство      1= (Q_о/Q_п) + (Q_пг/Q_п) + (Q_пр/Q_п),  в  правой  части  которого  окажутся  доли  падающего  потока.  Эти  доли  называются  коэффициентами,  соответственно,  отражения R,  поглощения A,  пропускания D.   Это  так  называемые  радиационные  характеристики  тел.  Они  определяются  экспериментально  и  позволяют  определять 

Q_пг= AQ_п,   Q_от= RQ_п,   Q_пр= DQ_п.

По  отношению  к  тепловым  лучам  у  твёрдых  и  у  жидких  тел  D=0,  и  поэтому  1 = А + R,  а  у  газов  R = 0,  поэтому  1 =  A + D.

                                                                                    Q_п 

   Q_от

Q_пг                                                        

Q_пр

Q_с

Рисунок  1. – Общая  схема  лучистых   потоков.

Максимальным  излучением  при  заданной  температуре  обладает  так  называемое  абсолютно  чёрное   тело – абстракция,  играющая  такую  же  важную  роль  в  теории   излучения,  как  идеальный  газ  в  термодинамике.  В  реальных  условиях   абсолютно  чёрных  тел  нет.  Моделью  такого  тела  является  отверстие  в  стенке  полой  сферы,  внутренняя  поверхность  которой  покрыта  хорошо  поглощающим  слоем.  Закономерности,  описывающие   излучение,  отражение  и  поглощение  абсолютно  чёрного  тела,  положены  в  основу   расчётов  лучистого  теплообмена  между  реальными  телами.  Излучение  и  поглощение   абсолютно  чёрного  тела  равномерно  по  всему  полусферическому  пространству.