Основні характеристики випромінюючих тіл

ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ

В процесі променевого теплообміну на будь-якій частині поверхні тіла відбувається як випромінювання електромагнітних хвиль даним тілом, так і поглинання та відбивання теплового випромінювання від інших тіл. Розподіл енергії (інтенсивності) випромінювання в залежності від довжини хвилі або частоти називають спектральним розподілом, або спектром випромінювання. Спектр теплового випромінювання з відкритої поверхні залежить не тільки від температури тіла, але і від матеріалу та стану його поверхні.

Основною характеристикою здатності тіла випромінювати енергію в тому чи іншому інтервалі довжин хвиль є спектральна випромінювальна здатність Е(λ,Т), під якою розуміють відношення енергії теплового випромінювання dW_випр, яку випромінює при температурі Т в усіх напрямках одинична площадка поверхні тіла за одиницю часу в певному (вузькому) інтервалі довжин хвиль від λ до λ +dλ, до ширини інтервалу dλ:

(1)

Підкреслимо, що Е(λ,Т) характеризує виключно теплове випромінювання тіла. Для даного тіла вид функції Е(λ,Т) залежить тільки від його температури і не залежить від оточуючого середовища, зокрема від того, перебуває тіло в рівновазі з випромінюванням чи ні.

Повну (інтегральну) випромінювальну здатність Е(Т) тіла одержують інтегруванням функції Е(λ,Т) по повному інтервалу довжин хвиль (0 ≤ λ < ):

(2)

Згідно (2), величина Е(Т) дорівнює повній енергії теплового випромінювання з одиниці площі поверхні тіла за одиницю часу при температурі Т в усьому інтервалі довжин хвиль. На рисунку 1 величині Е(Т) відповідає площа під кривою Е(λ,Т).

Випромінювання, що падає на поверхню тіла, частково відбивається або розсіюється поверхнею, частково поглинається. Поглинання, як правило, має селективний характер (залежить від частоти світла) і змінюється з температурою поверхні. Так, наприклад, тонкий шар сажі практично цілком поглинає видиме світло, але значно менше інфрачервоне випромінювання. Плавлений кварц прозорий в широкому інтервалі довжин хвиль, але починає помітно поглинати світло при температурі близько 1500 °С. Для характеристики поглинальних властивостей тіл використовують спектральну поглинальну здатність А(λ,Т), під якою розуміють відношення енергії випромінювання, що поглинається одиничною площею поверхні тіла за одиницю часу dW_погл до енергії dW_пад, що падає на ту саму площадку за той же час, при умові, що обидві величини розглядаються при даній температурі Т в певному (вузькому) інтервалі довжин хвиль (λ, λ +dλ):

(3)

Згідно (3), для будь-якого тіла А(λ,Т) < 1.

Важливішим поняттям теорії теплового випромінювання є поняття про ідеальне, так зване абсолютно чорне тіло. Під абсолютно чорним тілом (АЧТ) розуміють тіло, яке при всіх температурах цілком поглинає енергію випромінювання, що падає на його поверхню. Тобто, поглинальна здатність АЧТ, відповідно (3), дорівнює одиниці незалежно від λ і Т: , – для АЧТ замість позначень Е(λ,Т) та А(λ,Т) будемо використовувати відповідні грецькі літери: α(λ,Т) та ε(λ,Т).

Абсолютно чорних тіл, як і інших ідеалізованих об’єктів, у природі не існує. Підкреслимо, що ідеалізація АЧТ стосується лише його здатності повністю поглинати електромагнітне випромінювання. В усіх інших відношеннях, зокрема в процесах теплообміну або здатності перебувати в стані термодинамічної рівноваги з тепловим випромінюванням, АЧТ не відрізняється від реальних, нечорних тіл.

Поиск по сайту: