Главная Процесс переноса теплоты



Таблица l6-l

Классификация электромагнитного излучения в зависимости от длины волны

Вид излучения

Длина волны, мм

Вид излучения

Длина волны, нал

Космическое Y-излучение Рентгеновское Ультрафиолетовое

0,05. {0,5-0,10)10-" 1-10-4-2.10-5 2.10-5-0,4.10-3

Видимое

Тепловое (инфракрасное) Радиоволны

(0,4--0,8). I0- 0,8-10-34-0,8 >0.2

колебаний (v=(;/?.). Все виды электромагнитного излучения имеют одинаковую природу и различаются лишь длиной волны (табл. 16-1).

Количественное различие в длине электромагнитных волн приводит к тому, что общие стороны явлений для разных длин волн проявляются с различной отчетливостью. Так, квантовые (корпуску.чяриые) свойства проявляются наиболее отчетливо в коротковолновом излучении. Наоборот, характерные волновые свойства наиболее отчетливо наблюдаются у радиоволн.

Бо.чьшинство твердых и жидких тел имеет сплошной (непрерывный) спектр из.чучения, т. е. излучают энергию всех длин волн от О до оо. К твердым телам, имеющим непрерывный спектр излучения, относятся непроводники и полупроводники электричества, металлы с окисленной шеро.коватой поверхностью. Металлы с полированной поверхностью, газы и пары характеризуются селективным (прерывистым) спектром излучения. Интенсивность излучения зависит от природы тела, его температуры, длины волны, состояния поверхности, а для газов - еще от толщины счоя и давления. Твердые и жидкие тела имеют значительные пог.чощательную и из.чучательную способности. Вследствие этсго в процессах лучистого теплообмена участвуют лишь тонкие поверхностные слои: для непроводников тепла они составляют около 1 мм; для проводников тепла - 1 мкм. Поэтому в этих случаях тепловое из.чучение приближенно можно рассматривать как поверхностное явление. Полупрозрачные тела (плавленый кварц, стекло, оптическая керамика и др., газы и пары) характеризуются объемным характером излучения, в котором участвуют все частицы объема вещества. Излучение всех тел зависит от температуры. С увеличением температуры тела его энергия излучения увеличивается, так как увеличивается внутренняя энергия тела. При этом изменяется не только абсолютная величина этой энергии, но и спектральный состав. При увеличении температуры повышается интенсивность коротковолнового излучения и уменьшается интенсивность длинноволнового излучения. В процессах из.чучения зависимость от температуры значительно большая, чем в процессах теплопроводности и конвекции. Вследствие этого при высоких температурах основным видом переноса может быть тепловое излучение.

16-2. ВИДЫ ЛУЧИСТЫХ ПОТОКОВ; ВЕКТОР ИЗЛУЧЕНИЯ

Поверхностное (полусферическое) излучение. Тело из.чучает энергиюв виде непрерывного (сп.чошного) или прерывистого спектра по длинам волн.

Энергия излучения, испускаемая произвольной повер.чностью в единицу времени по всевозможным направлениям полупространства



и соответствующая узкому интервалу длин волн от X до %+d},, называется потоком монохроматического, спектрального или однородного излучения (Q). Суммарное излучение с поверхности тела по всем длинам волн спектра называется интегральным или полным потоком излучения (Q).

Интегральный поток, испускаемый с единицы поверхности, носит название поверхностной плотности потока интегрального излучения:

(16-1)

где dQ - лучистый поток, испускаемый элементарной площадкой dF, Вт.

Лучистый поток со всей поверхности выразится интегралом

Q=EdF. (16-2)

Если плотность потока интегрального излучения для всех элементов поверхности излучающего тача одинакова, то зависимость (16-2) переходит в соотношение

iQ=£f. (16-3)

Отношение плотности лучистого потока, испускаемого в бесконечном малом интервале длин волн, к величине этого интервала длин волн называется спектральной плотностью потока излучения:

£x = f- (16-4)

Зависимости (16-lJ - (16-3) справедливы также и примените-чьно к моно.хроматическому излучению.

Плотность потока из.чучения может изменяться по определенным направлениям излучения. Количество энергии, испускаемое в определенном направлении /, определяемым углом if с нормалью к поверхности п (рис. 16-1) единицей элементарной площадки в единицу времени в пределах элементарного телесного угла dco, называется угловой плотностью излучения. По определению угловые плотности спектрального и интегрального и.злучения выражаются соотношениями

V = == (ie-5)

Из этих соотношений следует, что

dE==Idw. (16-8)

К очень важным понятиям теории излучения относится интенсивность (яркость) излучения.

Интенсивностью излучения называется количество лучистой энергии, испускаемое в направлении угла if в единицу времени элементарной площадкой в пределах единичного элементарного телесного угла,



отнесенное к проекции этой площадки на плоскость, ортогональную к направлению излучения (рис. 16-1):

откуда

dFda

dF cos ida

созф

dFda

dF cos фйы

Cos ф

й0ф = /<всо8ф; dQ -/rffflcosdf;

(16-9) (16-10)

(16-11) (16-12)

здесь ly и / - интенсивности (яркости) спектрального и интегрального излучений; ф-угол, составленный нормалью к площадке и направлением излучения.

В общем случае спектральная интенсивность излучения зависит от координат точки М, направления, длины волны и времени.

Интегральная величина интенсивности излучения характеризует распределение суммарной для всех длин волн энергии излучения по всевозможным направлениям в данной точке для выбранного момента времени.

Распределение интенсивности излучения по отдельным направлениям может быть самым различным В частном случае оно может быть одинаковым по всем направлениям.

Излучение, характеризующееся интенсивностью, одинаковой по всем направ,тениям, называется изотропным. Если излучение исходит с поверхности твердого тела, оно называется идеально диффузным излучением [Л. 180]. Понятие интенсивности (яркости) излучения может относиться к отдельным видам излучения, рассматриваемым ниже. Поэтому можно говорить об интенсивности собственного, падающего, эффективного и других излучений.

Потоки интегрального и монохроматического излучения связаны следующими зависимостями:


Рис 16-1. К определению яркости излучения.

Е = j ЕЙЯ;

(16-13)

Излучение, которое определяется природой данного тела и его температурой, называется собственным излучением (Q, Е).

Обычно тело участвует в лучистом теплообмене с другими телами. Энергия излучения других тел, попадая на поверхность данного тела извне, частично поглощается, частично отражается, а часть ее проходит сквозь тело. Количество лучистой энергии, падающее на данное тело



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 [120] 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161


0.0264