ТЕПЛООБМЕН ИЗЛУЧЕНИЕМ

Основные понятия

Процессы лучистого теплообмена получили широкое распространение в различных областях техники: в теплотехнике, ядерной энергетике, ракетной технике, металлургии, сушильной технике, химической технологии и др.

Тепловое излучение – это процесс распространения внутренней энергии излучающего тела путем электромагнитных волн (с=3*10⁸ м/с). При поглощении электромагнитных волн другими телами они вновь превращаются в энергию теплового движения молекул. Возбудителями электромагнитных волн являются заряженные частицы (электроны и ионы). При этом колебания ионов соответствуют излучению низкой частоты; излучение, обусловленное движением электронов, может иметь высокую частоту, если они входят в состав атомов и молекул и удерживаются около своего равновесия значительными силами.

В металлах многие электроны свободны. Поэтому в этом случае нельзя говорить о колебаниях около центров равновесия. Электроны движутся и при этом испытывают нерегулярное торможение. Вследствие этого излучение металлов приобретает характер импульсов и имеет волны различной частоты, в том числе и волны низкой частоты.

Помимо волновых свойств излучение обладает также и корпускулярными свойствами. Корпускулярные свойства состоят в том, что лучистая энергия испускается и поглощается веществами не непрерывно, а отдельными дискретными порциями – квантами света или фотонами. Испускаемый фотон – частица материи, обладающая энергией, количеством движения и электромагнитной массой. Поэтому тепловое излучение можно рассматривать как фотонный газ.

Прохождение фотонов через вещество есть процесс поглощения и последующего испускания энергии фотонов атомами и молекулами этого вещества. Т.о., излучение имеет двойственный характер, т.к. обладает свойствами дискретности, типичными для фотонов. Синтезом обоих свойств является представление, согласно которому энергия и импульсы сосредоточиваются в фотонах, а вероятность нахождения в том или ином месте пространства – в волнах. Волновая теория переноса лучистой энергии, несмотря на некоторые недостатки, имеет преимущества в инженерных расчетах перед квантовой теорией. Поэтому инженерные методы расчета теплообмена излучением, как правило, основаны на волновой теории.