Теплообмен излучением.

Тепловое излучение представляет собой процесс распространения внутренней энергии излучающего тела путем электромагнитных волн. Излучение характеризуется длиной волны (l) или частотой колебаний (n = с/l). Помимо волновых свойств излучение обладает также и корпускулярными свойствами. Все виды электромагнитного излучения имеют одинаковую природу и различаются лишь длиной волны. Интенсивность излучения зависит от природы тела, его температуры, длины волны, состояния поверхности, а для газов — еще от толщины слоя и давления. Полупрозрачные тела (плавленый кварц, стекло, оптическая керамика и др., газы и пары) характеризуются объемным характером излучения, в котором участвуют все частицы объема вещества. При высоких температурах основным видом переноса может быть тепловое излучение.

Виды лучистых потоков. Вектор излучения. Угловая плотность излучения. Интенсивность излучения. Поток поглощенного излучения.(отраженного и пропускаемого). Плотность поглощенного объемного излучения.

Поверхностное (полусферическое) излучение. Энергия излучения, испускаемая произвольной поверхностью в единицу времени по всевозможным направлениям полупространст-ва и соответствующая узкому интервалу длин волн от l до l+dl, называется потоком монохроматического, спектрального или однородного излучения (Q_l). Лучистый поток со всей поверхности выразится интегралом где поверхностная плотность потока интегрального излучения.

- спектральная плотность потока излучения

Законы теплового излучения. (Планка, Рэлея-Джинса, смещения Вина, Ст. Больцмана, Кирхгофа, з-н косинусов Ламберта). Черные температуры.

А. Закон Планка(Зависимость спектральной плотности потока излучения от длины волны и температуры)

где l — длина волны, м; с₁ = 5,944×10^-17 — первая константа излучения, Вт×м2; с₂= 1,4388×10^-2 — вторая константа излучения, м×К; е — основание натуральных логарифмов; Т — температура тела, К; Е_0l измеряется в Вт/м³

Излучение, характеризующееся спектром, подобным спектру равновесного излучения (при Т= const), называется серым излучением.

где с— скорость света, м/с; hи k— постоянные Планка и Больцмана, равные соответственно 6,62×10^-34 Дж×с и 1,38×10^-23 Дж/К.

Закон смещения Вина позволяет привести закон Планка к безразмерному виду:

Б. Закон Релея — Джинса (Первый предельный случай з-на Планка когда произведение lТ велико по сравнению с постоянной с₂.)

Г. Закон Стефана — Больцмана (устанавливает зависимость плотности потока интегрального полусферического излучения от температуры)

Закон Стефана — Больцмана для поверхностной плотности потока интегрального излучения Е₀, Вт/м², можно выразить следующим образом: где s₀ — постоянная Стефана — Больцмана.

где с₀ = 5,6687 = 5,67 — коэффициент излучения абсолютно черного тела, Вт/(м²×К⁴).

Д. Закон Кирхгофа (устанавливает количественную связь между энергиями излучения и поглощения поверхностями серых и абсолютно черных тел.)

отношение энергии излучения к энергии поглощения и зависит от природы тел и равно энергии излучения абсолютно черного тела при той же температуре.

следствием чего является численное равенство степени черноты и поглощательной способности тела

Тогда спектральная степень черноты

В термодинамически равновесной системе с промежуточной поглощающей средой для каждого ее элементарного объема имеет место численное равенство объемных плотностей потоков собственного и поглощенного излучений: