ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Лучистый (радиационный) теплообмен осуществляется в результате процессов превращения внутренней энергии вещества в энергию излучения, переноса энергии излучения в пространстве и ее поглощения другим веществом с последующим преобразованием этой энергии во внутреннюю или ее рассеянием.. Существенное отличие лучистого теплообмена от других видов теплообмена (теплопроводности, конвективного теплообмена) заключается в том, что такой теплообмен не требует непосредственного контакта тел. Он может протекать и при отсутствии материальной среды, разделяющей поверхности тепло-обмена, так как осуществляется в результате распространения энергии от излучающего тела в форме квантов энергии электромагнитных волн.

Электромагнитные волны различаются между собой длиной волны. В зависимости от длины волны λ лучи обладают различными свойствами. Наименьшей длиной волны обладают космические лучи λ = 0,1 – 10 ^оА (1^оА = 10^-10м). Гамма-лучи, испускаемые радиоактивными веществами, имеют длину волны до 10^оА; лучи Рентгена – λ = 10 – 200^оА; ультрафиолетовые лучи - λ = 0,02 – 0,4мкм (мкм – микрометр, 1 мкм = 0,001мм); световые лучи - λ = 0,4 – 0,8 мкм; инфракрасные или тепловые лучи - λ = 0,8 – 400 мкм; радио лучи - λ > 400 мкм.

Для теплообмена излучением наибольший интерес представляют ультрафиолетовое, видимое или световое и инфракрасное или тепловое излучения. При любой температуре, кроме Т = 0 К, все тела испускают электромагнитные волны разных длин. Однако той или иной температуре соответствует преимущественный вид излучения. Например, твердое тело при 1800 К излучает 0,003% энергии в ультрафиолетовой части спектра, 1,6% - в видимой, а остальные 98,397% - в инфракрасной. Повышение температуры в этом случае при-ведет к увеличению доли тепловой энергии, переносимой излучением в видимой и ультрафиолетовой частях спектра.

Скорость с кванта энергии, длина электромагнитной волны λ и частота колебаний ν электромагнитного поля связаны соотношением:

с = λν. (4.1)

В вакууме с = с_о = 2,9977·10⁸ м/с (скорость света в пустоте). В других средах с < с_о. В газах обычно оправдано приближение с ≈ с_о. В ряде жидкостей и твердых тел скорость света падает примерно до с = 0,7с_о. Когда излучение переходит из одной среды в другую, а скорости света в этих средах разные, то согласно уравнению (4.1) изменяется длина волны λ, тогда как частота ν остается неизменной. Энергия кванта равна

hν и при таком переходе не меняется. Здесь h = 6,63·10^-34 Дж ·с – посто-янная Планка.

В инженерной практике интерес представляют осредненные характеристики процесса излучения тела:

интегральная плотность потока полусферического излучения Е, Вт/м², - поток энергии, переносимой квантами разных частот, пересекающими единичную площадку во всех направлениях про-странства полусферы;