Излучение газов и паров. Закон Бугера.

Как уже говорилось в начале этой главы, газы излучают или поглощают энергию всем своим объемом. Поэтому

поглощательная способность газов зависит от плотности и толщины газового слоя: чем больше плотность и толщина

слоя газа, тем больше его поглощательная способность.

Одно- и двухатомные газы практически не излучают и не поглощают энергию, т.е. они прозрачны для теплового

излучения, для них коэффициент проницаемости . Излучают и поглощают тепловую энергию только трех – и более атомные газы, например водяные пары (Н₂О) и углекислый газ (СО₂) . Эти газы чаще других встречаются в практике и являются одними из основных компонентов дымовых газов.

Излучение (поглощение) газов носит избирательный характер. Они излучают (поглощают) энергию только определенных длин волн. Исследования показали, что углекислый газ (СО₂₎ имеет три главные полосы

поглощения в интервалах длин волн: =(2,65…2,80)·10^{-3 мм;} =(4,15…4,45)·10-3 мм; =(13…17)·10-3 мм. Водяной пар (Н2О) имеет четыре главные полосы поглощения в интервалах длин волн:

= (1,7…2)·10-3 мм; = (2,3…3,4)·10-3 мм; =(4,4…8,5)·10-3 мм; = (12…30)·10-3 мм.

Как следует из приведенных данных, для водяных паров полосы

излучения (поглощения) шире, чем для СО₂, т.е. поглощательная способность и степень черноты Н₂О выше, чем для СО₂.

Часть полос поглощения этих газов совпадают.

Опытным путем найдены соотношения для расчета излучательной способности СО₂ и Н₂О:

, ,

где – соответственно парциальное давление углекислого газа и водяного пара в смеси: – толщина слоя газа (длина хода луча).

Степень черноты углекислого газа и водяных паров так же, как излучательная способность этих газов, является функцией

P и T: и определяется по номограммам. Как следует из формул излучательной способности водяного пара и углекислого газа для Н₂О влияние р несколько сильнее, чем , поэтому найденное значение

необходимо умножить на поправочный коэффициент , который определяется по номограмме . Степень черноты смеси газов определится по уравнению

,

где – поправка, учитывающая , что часть полос излучения этих газов совпадает. Эта поправка незначительная и

составляет не более 2…4 %. Значения берутся из номограмм по средней температуре газа. Теплообмен между газовой средой и поверхностью. В инженерной практике достаточно часто теплообменныеповерхности располагают в дымоходах в целях использования теплоты дымовых газов, выбрасываемых в окружающую среду. Происходит теплообмен между поверхностью и газом. Теплоту, которая передается от газа, содержащего СО₂ и Н₂О, поверхности, можно определить по эмпирической формуле [1]

,

где – эффективная степень черноты поверхности, .

Наличие излучающего газа повышает степень черноты поверхности стенки по сравнению с ее степенью черноты при излучении через прозрачную

среду . – поглощательная способность газа определяется по формуле

, где , , .

В этих формулах значения и находятся из номограмм по средней температуре стенки. Длина пути луча

определяется из соотношения , где V – объем газового слоя, F – площадь поверхности стенки. Если теплообмен идет между газовой средой и пучком труб, то длина хода луча определяется по следующим формулам:

, если ; , если

.В формулах – соответственно продольный и поперечный шаги пучка; d – наружный диаметр трубы, м.

Зако н Бугера — Ламберта — Бера — физический закон, определяющий ослабление параллельного монохроматического пучка света при распространении его в поглощающей среде.

Закон выражается следующей формулой: , где — интенсивность входящего пучка, — толщина

слоя вещества, через которое проходит свет, — показатель поглощения (не путать с безразмерным показателем

поглощения , который связан с формулой , где — длина волны). Показатель поглощения характеризует свойства вещества и зависит от длины волны λ поглощаемого света. Эта зависимость называется спектром поглощения вещества.

Поглощение света растворами

Для растворов поглощающих веществ в непоглощающих свет растворителях показатель поглощения может быть записан

как , где — коэффициент, характеризующий взаимодействие молекулы поглощающего растворённого

вещества со светом с длиной волны λ, — концентрация растворённого вещества, моль/л.

Утверждение, что не зависит от , называется законом Бера (не путать с законом Бэра). Этот закон предполагает, что на способность молекулы поглощать свет не влияют другие окружающие её молекулы этого же вещества в растворе. Однако, наблюдаются многочисленные отклонения от этого закона, особенно при больших .