Содержание

2. Тепловое излучение

Тепловое излучение – процесс распространения электромагнитных колебаний с различной длиной волн, обусловленный тепловым движением атомов или молекул излучающего тела. Возникновение потока лучей в результате превращения тепловой энергии в лучистую, называется излучением или лучеиспусканием, а обратный переход лучистой энергии в тепловую называют поглощением лучей.

В зависимости от температуры излучающего тела его лучеиспускание различно. При температуре ниже 500°С только незначительная часть всех лучей воспринимается глазом как “свет”, а наибольшая часть приходится на долю невидимого теплового излучения. Интенсивность теплового излучения характеризуется излучательной (лучеиспускательной) способностью тела, имеющего температуру Т:

,                                                 (2.1)

где Q_л – полное количество теплоты, Дж; F – поверхность излучающего тела, м²; τ – время, с.

Лучеиспускательная способность тела есть количество энергии, излучаемое в единицу времени единицей поверхности нагретого тела, имеющего температуру Т, в окружающую среду с температурой абсолютного нуля. Для абсолютно черного тела связь между излучательной способностью и абсолютной температурой выражается законом Стефана-Больцмана:

,                                               (2.2)

где  К_о – константа излучения абсолютно черного тела, К_о=5,67·10^-8 Вт/(м²·К⁴); Т – абсолютная температура поверхности тела, К; E_о – излучательная способность черного тела, Вт/м².

         Тело, которое поглощает только часть энергии с любой длиной волны, принято называть серым телом. Отношение коэффициента излучения серого тела (С) к коэффициенту излучения абсолютно черного тела (С_о) при той же температуре называют относительной излучательной способностью или степенью черноты тела ε:

,                                                  (2.3)

где С_о – коэффициент излучения абсолютно черного тела, С_о = 5,67 Вт/(м²·К⁴).

         Величина ε является важнейшей характеристикой любого серого тела. Числовые значения ε для некоторых металлов приведены в таблице 2.1.

Таблица 2.1

Значения степени черноты для некоторых материалов

Металлы	Температура, °С	Степень черноты, ε
Алюминий	200600	0,110,19
Латунь	200600	0,610,69
Медь	200600	0,570,87
Железо (сталь) окисленное	175900	0,740,96
Сталь (нержавеющая)	200600	0,250,35
Сталь (полированная)	9001100	0,520,61
Сталь (окисленная)	40370	0,940,97
Железо (окисленное)	30	0,23

         Когда между двумя твердыми телами происходит взаимный обмен теплотой посредством излучения, то необходимо учитывать, что из всех лучей, испускаемых каждым телом, к другому доходит только некоторая часть их. Тепловой поток, переходящий от более нагретого тела к менее нагретому посредством излучения, определяется по уравнению:

,                           (2.4)

где  - коэффициент взаимного излучения, Вт/(м²·К⁴); F – площадь поверхности излучения, м²; Т₁, Т₂ – абсолютные температуры поверхностей более нагретого и менее нагретого тел, К; φ – средний угловой коэффициент, который определяется формой и размерами участвующих в теплообмене поверхностей, их взаимным расположением в пространстве и расстоянием между ними.

         Если тело, излучающее теплоту, заключено внутри другого тела, то φ=1, а коэффициент взаимного излучения определяют по формуле:

,                            (2.5)

где  - коэффициент излучения более нагретого тела, Вт/(м²·К⁴);  - коэффициент излучения менее нагретого тела, Вт/(м²·К⁴); - поверхность более нагретого и менее нагретого тел, м².

         Если площадь F₂ очень велика по сравнению с F₁, т.е. , то коэффициент взаимного излучения .

         Если  (две параллельные поверхности), то:

.                                   (2.6)