Передача тепла излучением

Все тела, имеющие температуру, отличную от абсолютного нуля, излучают энергию в результате квантовых переходов атомов и молекул вещества. Для непрерывного излучения необходим приток энергии либо извне, либо в результате ядерных реакций (распадов) – Солнце. Так как характер перехода атомов и молекул из одного состояния в другое различен, излучение испускается с различными длинами волн. Температурное или тепловое излучение является одним из видов электромагнитных колебаний с длиной волн от 0.4 до 40 мкм. Этот диапазон включает видимые лучи (свет) от 0.4 до 0.8 мкм и часть инфракрасного спектра от 0.8 до 40 мкм. Скорость распространения теплового излучения в вакууме равна скорости света, составляет 299.8 · 10⁶ м/с и подчиняется тем же законам, что и распространение света.

Для непрозрачных твердых тел в излучении участвует лишь тонкий поверхностный слой:

§ у металлов – 0.0005 мм,

§ у диэлектриков – не более десятых долей миллиметра.

Для прозрачных тел, таких как стекло, некоторые жидкости и газы, излучение является объемным.

Интенсивность теплоотдачи теплопроводностью и конвекцией существенно не зависит от температурного уровня, а определяется разностью температур. Теплоотдача излучением уже при температуре. близкой к 20^оС, примерно равна теплоотдаче свободной конвекцией. При более высоких температурах (≥ 500^оС) теплоотдача излучением обычно играет главенствующую роль.

Основные понятия и законы передачи тепла излучением

Суммарное излучение, испускаемое телом по всему спектру от λ = 0 до λ = ∞, называется интегральным. Излучение в бесконечно малом интервале длин волн от λ до λ + ∆λ, называется монохроматическим, а все характеристики излучения – спектральными.

Мощность излучения Q, проходящего через какую-либо поверхность, называют лучистым потоком. Мощность излучения, отнесенная к единице поверхности излучателя, называют плотностью излучения

, Вт/м².

Если на тело падает лучистый поток Q_пад , то в общем случае часть его поглощается Q_погл , часть отражается Q_отр, а часть пропускается сквозь тело Q_проп.

Q_пад= Q_погл+ Q_отр+ Q_проп ,

или ,

где А – поглощательная, R – отражательная, D – пропускательная способности тела.

Если А = 1 (R = D = 0) имеем абсолютно черное тело, оно полностью поглощает падающее на него излучение. В природе абсолютно черных тел не существует. Модель абсолютно черного тела приведена на рис. (отверстие в замкнутой полости с диффузноотражающими стенками).

Отношение плотности излучения данного тела к плотности излучения абсолютно черного тела той же температуры называют степенью черноты: .

Если R =1(A = D = 0), весь падающий поток отражается телом (абсолютно белое тело). Если каждый луч рассеивается, т.е. отражается по всем направлениям, то такое отражение называется диффузным. Абсолютно белых тел нет, но некоторые материалы обладают высоким коэффициентом отражения (до R=0.95).

Если D = 1(A = R = 0) – абсолютно прозрачное тело или диатермичное. Диатермичными являются большинство двухатомных газов и в видимой части спектра различные стекла.