![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Теплообмен излучением
4.1. Теплообмен излучением между твердыми телами, Диатермичной называется среда, которая сама не излучает и не поглощает энергию излучения, но пропускает все лучи (прозрачна). Диатермичными являются одно- и двухатомные газы. Трех- и многоатомные газы излучают и поглощают энергию. Так как в воздухе содержание таких газов пренебрежимо мало (состав воздуха:»21% О 2 и»79% N 2), то его считают диатермичной средой. Основные понятия и законы теплового излучения Тепловое излучение – это процесс распространения внутренней энергии тела путем электромагнитных волн. К тепловому излучению относят инфракрасное и видимое излучение, диапазон длин волн которых l = 0, 4 – 800 мкм. Твердые тела излучают энергию всех длин волн в данном диапазоне, т.е. имеют сплошной спектр излучения. Твердые тела излучают и поглощают энергию поверхностным слоем, поэтому интенсивность их излучения (поглощения) зависит от температуры и состояния поверхности (гладкая, шероховатая, черная, белая и т.д.). Количество энергии излучения, переносимой за 1с через произвольную поверхность F, называется потоком излучения и обозначается Q, Вт. Поток излучения, соответствующий всему спектру излучения, называется интегральным. Поверхностная плотность потока интегрального излучения обозначается q=Q / F, Вт/м2. Каждое тело не только излучает, но и поглощает лучистую энергию. Разность между поглощенной и собственной лучистой энергией называется результирующим излучением: Qрез= Qпогл- Qсоб. При Qрез > 0 температура тела увеличивается, и наоборот. При Qрез = 0 температура тела не изменяется (состояние термического равновесия). Из всего количества падающей на тело лучистой энергии (Qпад) часть ее поглощается (Qпогл), часть отражается (Qотр) и часть проходит сквозь тело (Qпроп). Следовательно, Qпад= Qпогл+ Qотр+ Qпроп или где
Тогда А+R+D= 1. При А =1, R= 0, D= 0 тело называется абсолютно черным; при R= 1, А =0, D= 0 – абсолютно белым; при D= 1, А= 0, R= 0 – диатермичным (прозрачным). В природе таких тел не существует. Для подавляющего большинства твердых тел справедливо равенство А+ R= 1. Закон Стефана – Больцмана устанавливает связь поверхностной плотности потока интегрального излучения абсолютно черного тела с его температурой
где с0= 5, 67 Вт/(м2× К4) – коэффициент излучения абсолютно черного тела. Индекс " 0 " указывает на то, что рассматривается излучение абсолютно черного тела. Поток излучения абсолютно черного тела вычисляется по формуле
Степень черноты. Большинство реальных тел можно считать серыми. Степень черноты серых тел (e) – это отношение собственного излучения серого тела к излучению абсолютно черного тела при одинаковой температуре, равной температуре серого тела
Степень черноты изменяется в пределах 0£ e £ 1 и зависит от температуры тела и его физических свойств. Значения e для различных материалов приводятся в справочниках. У металлов с увеличением температуры e растет. При шероховатой поверхности, загрязнении ее или окислении e может увеличиваться в несколько раз. Так, для полированного алюминия e = 0, 04¸ 0, 06, при окислении поверхности она становится равной 0, 2¸ 0, 3. Степень черноты теплоизоляционных материалов находится в пределах 0, 7¸ 0, 95. Согласно (4.3) и (4.2) собственное излучение серых тел рассчитывается по формуле
Закон Кирхгофа. Рассмотрим две параллельные поверхности с одинаковой температурой (Т), одна из которых абсолютно черная (А= 1), другая серая (А< 1), рис. 4.1.
Излучение абсолютно черной поверхности (Q0) частично поглощается серой: Qпогл=А Q0 . Так как температуры поверхностей одинаковы, то результирующее излучение серой поверхности Qрез= Qпогл- Qсоб =0, откуда Qпогл= Qсоб,
Согласно закона Кирхгофа (4.7) отношение излучательной способности тела к поглощательной зависит только от температуры тела и не зависит от его свойств. Излучательная и поглощательная способности тела прямо пропорциональны друг другу. Если тело не излучает, то оно и не поглощает (абсолютно белое тело). На основании (4.6) имеем Qсоб /Q0 = А, с учетом (4.3) получим
Таким образом, из закона Кирхгофа следует, что коэффициент поглощения серых тел численно равен их степени черноты.
|