Лекция 13

Описание процесса излучения. Основные определения

Тепловое излучение есть результат превращения внутренней энергии тел в энергию электромагнитных колебаний.

Тепловое излучение как процесс распространения электромагнитных волн характеризуется длиной волны l и частотой колебаний n=с/l, где с – скорость света (в вакууме с=3×10⁸ м/с).

Тепловой поток, излучаемый на всех длинах волн с единицы поверхности тела по всем направлениям, называется поверхностной плотностью потока интегрального излучения Е, Вт/м².

Часть энергии излучения Е_пад, падающего на тело, поглощается (Е_а), часть отражается (Е_R) и частично проникает сквозь него (Е_D).

Таким образом,

Е_а+Е_R+E_D=E_пад.

Это уравнение теплового баланса можно записать в безразмерной форме:

A+R+D=1.

Величина А называется коэффициентом поглощения, R – коэффициентом отражения, D – коэффициентом пропускания.

Тело, поглощающее все падающее на него излучение, называется абсолютно черным. Для этого тела А=1. Тела для которых А<1 и не зависит от длины волны падающего излучения, называются серыми. Для абсолютно белого тела R=1, для абсолютно прозрачного D=1.

Сумма потоков собственного и отраженного телом излучения называется его эффективным излучением:

Е_эф=Е+RE_пад.

Суммарный процесс взаимного испускания, поглощения, отражения и пропускания энергии излучения в системах тел называется лучистым теплообменом.

Поверхностная плотность потока интегрального излучения абсолютно черного тела в зависимости от его температуры описывается законом Стефана-Больцмана:

Е₀=s₀Т⁴.

Здесь s₀=5,67×10^-8 Вт/(м²×К⁴) – постоянная Стефана-Больцмана. Для технических расчетов закон Стефана-Больцмана обычно записывают в виде:

Е₀=С₀(Т/100)⁴.

Где С₀=s₀×10⁸=5,67 Вт/(м²×К⁴) называется коэффициентом излучения абсолютно черного тела.

Тела, с которыми мы имеем дело на практике, излучают меньше тепловой энергии, чем абсолютно черное тело при той же температуре.

Отношение поверхностной плотности потока собственного интегрального излучения Е данного тела к поверхностной плотности потока интегрального излучения Е₀ абсолютно черного тела при той же температуре называется степенью черноты этого тела:

e=Е/Е₀.

Степень черноты e меняется для различных тел от нуля до единицы в зависимости от материала, состояния поверхности и температуры. Используя понятие степени черноты, можно записать закон Стефана-Больцмана для реального тела:

Е=e×Е₀=e×С₀(Т/100)⁴=С(Т/100)⁴.

Здесь С=e×С₀ – коэффициент излучения реального тела, Вт/(м²×К⁴).