Основные понятия и определения теплообмена излучением

ТЕПЛООБМЕН ИЗЛУЧЕНИЕМ

Все тела при любых t излучают и поглощают энергию излучая, по кол-во этой энергии становится существенным только при высоких t или в условиях, когда перенос теплоты другими способами затруднен (при свободной конвенции особенно в разряженном газе)

Поток излучения Q поглощ. телом не полностью .Часть энергии отражается, часть проходит сквозь тело, поэтому

A+R+D=1

- поглощ. способность

- отрож. способность

- пропуск. способность

Тело способное погл. всю падающую энергию, наз-ся абсолютно черным телом (А=1; R=D=0)

Тело отражающее всю падающую энергию наз-ся абс. Белым телом (R=1;A=D=0)

Если отражение имеет правильный характер тело наз-ся зеркальным (угол падения = углу отражения)

Большинство тв. и жид. тел не пропускают энергию излучения – не прозрачные тела. Поглощение энергии изл. в них происходит в тонком поверхностном слое. Для Ме=1мк.м, для неметаллов = 1мм (A+R=1). Тела пропуск. всю энергию падающ. Излуч. Наз-ся пропускающей способностью облад. газы.

Для монохроматического:

Излуч. Непрозрел. тел оценивается повыш. плотностью потока излучения Е,

Е учитыв. излучение во всех напров-ях и при всех длинах воли (). В диапазоне от до во всех напровлениях излучается энергия .

хар-ет энергию ЭМ воли – наз-ся спектральной плотностью излучения

2. ЗАКОНЫ ТЕПЛООБМЕНА ИЗЛУЧЕНИЯ.

Закон Планка Э тот закон устан. зависим. Спектрального плотного потока излучение абсолютн. черного тела. длины волны и температуры Т.

Абс черное тело имеет сплошной спектр излучения, т.е излучает при всех длинах волн. Реальные тела могут иметь сплошной,(диэл),или линейчатые спектры (газы, пары) На рис сопоставлены зависимости

; для абсолютно черного и реального тел со сплошным или линейчатым спектрами.

Способность тела излучать энергию, характеризует спектральная степень черноты тела

(1)

А также степень черноты тела

(2)

Т.е отношение изл способности реального тела к изл способности абс. черного тела.

Если величина имеет одинаковое значение для всех длин волн и температур то тело наз. Серым

Величина (3)

Из (1) с учетом (2) и (3) определили при (для серого тела)

или (4)

Для реальных тел неодинаково при разл. длинах волн, поэтому (4) для реальных тел не выполняется.

Закон Вина. Положение максимальной спектральной плотности потока излучения зависит от температуры. Длина волны , отвечающая максимуму спектральной плотности потока излучения, связана с температурой, излучающего телом, урав. 2,9; (3.9)

З-н Стефана-Больцмана. Этот закон опр. связь поверхностной плотности потока излучения (АЧТ) с температурой.

или (3.10)

- коэф излучения АЧТ. Используя (3.6) и (3.10) опр-м Е для реальных тел (3.11)

- коэф излучения реального тела.

З-н Кирхгофа. Этот з-н устанавливает связь между способностями тела излучать и поглощать энергию излучения. Для тел находящихся в тепловом равновесии (кол-во излученной и поглощенной телом энергии одинаково) поверхностная плотность потока излучения и поглощательная способность однозначно между собой связаны.

Пусть одна из рядом расположенных параллельных пластин – произвольное тело (Е₁, А₁), а вторая – АЧТ(абсолютно черное тело) (Е₀,А₀=1). При Т₁=Т₀ стенки наход в тепловом равновесии. 1-ая стенка одним кв метром поглощает энергию Е₀А₁, а ее излучение и отражение полностью поглощается АЧ стенкой. Из условия равновесия следует Е₁=А₁Е₀или (3.12) – справедливо для любой другой стенки, поэтому: (3.13)

Суть з-на Кирхгофа: Отношение поверхностной плотности потоков излучения тела к его поглощательной способности одинаково для всех тел находящихся при одной и той же температуре и равно поверхностной плотности потока излучения АЧТ при той же температуре.

(3.13) дает количественную оценку согласно этому закону. Из (3.13)=> что чем больше тело поглощает тем оно больше и излучает. Поэтому для заданной температуры АЧТ имеет наибольшую поверхностную плотность потока излучения. Если величины Е выразить через степень черноты по з-ну Стефана-Больцмана, то это уравнение примет вид:

(3.14)