Общие сведения о тепловом излучении

Энергия излучения возникает за счет энергии других видов в результате сложных молекулярных и внутриатомных процессов. Природа всех лучей одна и та же. Они представляют собой распространяющиеся в пространствеэлектромагнитные волны. Источником теплового излучения является внутренняя энергия нагретого тела. Количество энергии излучения в основном зависит от физических свойств и температуры излучающего тела. Электромагнитные волны различаются между собой или длиной волны, или частотой колебаний в секунду. Если обозначить длину волны , а частоту колебаний - , то для всех видов лучей скорость в абсолютном вакууме равна км/с.

В зависимости от длины волны лучи обладают различными свойствами. Из всех лучей наибольший интерес для теплопередачи представляют тепловые лучи с .

Излучение свойственно всем телам, и каждое из них излучает и поглощает энергию непрерывно, если температура его не равна температуре абсолютного вакуума – 0 К. При одинаковых или различных температурах между телами, расположенными как угодно в пространстве, существует непрерывный теплообмен излучением.

При температурном равновесии тел количество отдаваемой энергии излучения равно количеству поглощаемой энергии излучения. Спектр излучения большинства твердых и жидких тел непрерывен. Эти тела излучают лучи всех длин волн, от малых до больших.

Спектр излучения газов имеет линейчатый характер. Газы излучают лучи не всех длин волн. Такое излучение называется селективным (избирательным). Излучение газов носит объемный характер.

Опыты Мелони показали, что в излучении твердого тела участвуют не только поверхностные частицы, но и весьма тонкий слой определенной толщины. Суммарное излучение с поверхности тела по всем направлениям полусферического пространства и по всем длинам волн спектра от до спектра называется энергией излучения или интегральным излучением ().

Интегральный лучистый поток, излучаемый единицей поверхности по всем направлениям, называется плотностью интегрального излучения:

, Вт/м²

где - плотность интегрального излучения; - лучистый поток, Вт; - площадь поверхности, м².

Каждое тело не только излучает, но и отражает, поглощает и пропускает лучи от других тел, т.е.

или ,

где - часть энергии, поглощаемая телом; - отражаемая часть энергии; - пропускаемая часть энергии.

- называется поглощательной способностью тела, соответственно - отражательная способность и - пропускательная способность тела.

Для большинства твердых тел . Если поверхность пропускает все лучи, падающие на нее, т.е. ; , то такое тело называется абсолютно черным. И наоборот, если тело пропускает все лучи, то тело называется абсолютно белым, для которого . В природе нет ни абсолютно черных, ни абсолютно белых, ни абсолютно прозрачных тел.

Каждой длине волны лучей при определенной температуре соответствует определенная интенсивность излучения. Интенсивность излучения представляет собой плотность потока излучения тела для длин волн от до , отнесенная к рассматриваемому интервалу длин волн

,

где - спектральная интенсивность излучения абсолютно черного тела; - интегральная плотность излучения; - бесконечно малое изменение длины волны.