Виды лучистых потоков

Тело излучает энергию при данной температуре в виде спектра. Энергия излучения в единицу времени, относящаяся к узкому интервалу изменений длин волн от λ до λ + dλ, называется потоком монохроматического, спектрального или однородного излучения (Q_λ ). Суммарное излучение с поверхности тела по всем длинам волн спектра называется интегральным или полным лучистым потоком (Q).

Интегральный лучистый поток, испускаемый с единицы поверхности тела, называется плотностью интегрального излучения

, вт/м²,

где dQ – лучистый поток, вт, испускаемый с элемента поверхности dF, м². Лучистый поток по всей поверхности можно выразить как

, вт.

Здесь F – полная поверхность тела, м².

Различают понятия сферического и полусферического излучения, определяемые как интегральные величины от яркости излучения соответственно по сферическому и полусферическому телесным углам.

Часть падающей энергии излучения, поглощенной данным телом, называется поглощенным излучением. При поглощении лучистая энергия вновь превращается во внутреннюю энергию. Плотность поглощенной энергии равна

E_погл = AE_пад.

Здесь А – коэффициент поглощения.

Для абсолютно черных тел А = 1. Тело, поглощающее все падающие на него лучи, воспринимается зрением как черное тело. Если поверхность поглощает все лучи, кроме видимых световых, она не кажется черной, хотя по лучистым свойствам она близка к абсолютно черному телу, поскольку имеет высокую поглощающую способность (например, для льда и снега А = 0, 95 ÷ 0, 98).

Тела, для которых коэффициент А _λ для монохроматического излучения не зависит от длины волны, называются серыми телами. Для серых тел А _λ = const≤ 1, так как серые тела поглощают не всю падающую на них лучистую энергию. Часть падающей энергии будет отражаться или пропускаться через объем этих тел. Плотность отраженного излучения

Е _отр = RE _пад,

где R – коэффициент отражения. Если R = 1 и процессы отражения от поверхности подчиняются законам геометрической оптики, то поверхность тела называют зеркальной; при диффузном отражении поверхность называют абсолютно белой. Часть падающей энергии излучения, проходящая сквозь тело, называется пропускательным излучением:

Е _проп = DE _пад,

где D – коэффициент проницаемости.

Тела, у которых D =1, называются проницаемыми, прозрачными или диатермичными телами (тонкие слои сухого воздуха, одноатомных газов). Для твердых и жидких тел принимается D = 0, так как практически вследствие значительной поглощательной способности они поглощают лучистую энергию в тонком поверхностном слое.

Совокупные процессы взаимного испускания, поглощения, отражения и пропускания энергии излучения в системах различных тел называются лучистым теплообменом, причем тела, входящие в данную излучающую систему, могут иметь одинаковую температуру. Для тела, участвующего в лучистом теплообмене с другими телами, согласно закону сохранения энергии можно составить следующие уравнения теплового баланса.

Для плотности падающего излучения

Е _пад = Е _погл + Е _отр + Е _проп.

Уравнение теплового баланса может быть записано также в форме

A + R + D = 1,

если предыдущую зависимость поделить на Е _пад и учесть предыдущие соотношения.

Сумма собственного излучения и отраженного излучения, испускаемого поверхностью данного тела, называется эффективным излучением. Плотность потока эффективного излучения выражается зависимостью

Е _эфф = Е + RE _пад.

Эффективное излучение зависит не только от физических свойств и температуры данного тела, но и от физических свойств и температуры других окружающих его тел. Кроме того, оно зависит от формы, размеров и относительного расположения тел в пространстве.

Результирующее излучение представляет собой разность между лучистым потоком, получаемым данным телом, и лучистым потоком, который оно посылает в окружающее его пространство. Результирующее излучение может быть определено двумя способами. Относительно условной поверхности, находящейся вблизи тела:

q _рез = Е – Е _погл = Е – АЕ _пад.

Второй способ определения плотности результирующего потока приводит к соотношению

q _рез = Е _эфф – Е _пад.

Между результирующим и эффективным излучениями можно установить связь. Эффективное излучение:

Е _эфф = q _рез + Е _пад,

а падающее излучение:

.

Заменив Е_пад в первой зависимости второй, получим:

.

Для черного тела А = 1 и Е _эфф = Е ₀.

Из изложенного следует, что все виды полусферического излучения, кроме собственного излучения, являются линейными функциями падающего излучения. Собственное излучение объединяется и увязывается с другими видами излучения через эффективное излучение.