 |
Из сказанного следует, что энергия и импульсы сосредотачиваются в фотонах, а вероятность нахождения их в том или ином месте пространства - в волнах.
|
|
|
|
Из сказанного следует, что энергия и импульсы сосредотачиваются в фотонах, а вероятность нахождения их в том или ином месте пространства - в волнах.
Энергия фотонов равна
e = h× n,
где h = 6, 62× 10-34 Дж× с - постоянная Планка;
n - частота колебаний эквивалентного магнитного поля. ( Частота излучения связана с положением энергетических уровней молекул или атомов ).
Длина волны l связана с частотой n соотношением l× n = С,
где С = 3 105 км / с - скорость света ( скорость распространения колебаний ) в вакууме.
Все виды электромагнитного излучения различаются длиной волны: от 0, 00001 - 0, 001 мкм - космические и g излучение, до 0, 2 м - Х км - радиоволны.
Для нас наибольший интерес представляет излучение, возникновение которого определяется только температурой и оптическими свойствами излучающего тела. Такими свойствами обладают световые и инфракрасные лучи, т. е. лучи с длиной волн приблизительно от 0, 4 до 1000 мкм.
Световые лучи - видимое излучение располагается в диапазоне длин волн от 0, 4 до 0, 8 мкм.
Инфракрасный спектр состоит из трех частей: ближней - с длинами
0, 76 - 15 мкм, средней - 15 - 100 мкм и далекой - 100 - 1000 мкм.
При температурах, встречающихся в металлургической и котельной теплотехнике, основная часть тепловых лучей располагается в ближней инфракрасной части спектра.
Большинство твердых и жидких тел имеет непрерывный спектр излучения в интервале длин волн от 0 до ¥. Некоторые тела излучают энергию только в определенных интервалах длин волн. Такое излучение называется селективным. Частным случаем селективного излучения является монохроматическое излучение, когда оно происходит при одной длине волны. Селективным излучением характеризуются газы, а также некоторые твердые тела, например, кварц.
|
|
|
Излучение различных тел зависит от природы тела, его температуры, состояния поверхности, а для газов от толщины слоя и давления.
Процессы взаимодействия излучения с твердыми или жидкими телами сосредоточены на поверхности последнего. Это связано с тем, что большинство материалов, используемых в технике, являются практически непрозрачными для теплового излучения, поэтому указанные процессы происходят в весьма тонких слоях прилегающих к поверхности.
Таким образом, излучение жидких и твердых тел является поверхностным.
Исключение составляют газы, характеризующиеся высокой прозрачностью. В излучении газов участвуют все его частицы, процесс излучения носит объемный характер.
2. ПОГЛОЩАТЕЛЬНАЯ, ОТРАЖАТЕЛЬНАЯ И ПРОПУСКАТЕЛЬНАЯ СПОСОБНОСТЬ
Тепловое излучение свойственно всем телам и каждое из них излучает энергию в окружающее пространство. При попадании на другие тела эта энергия частично поглощается, частично отражается и частично проходит сквозь тело. Часть энергии, которая поглощается телом, снова превращается в тепловую энергию. Часть энергии, которая отражается, попадает на другие тела и ими поглощается. То же самое происходит и с той частью энергии, которая проходит сквозь тело. Таким образом, каждое тело не только непрерывно излучает, но и непрерывно поглощает лучистую энергию.
В результате этих явлений, связанных с двойным взаимным превращением энергии ( тепловая - лучистая - тепловая ), и осуществляется процесс лучистого теплообмена. Количество отдаваемого или воспринимаемого тепла определяется разностью между количествами излучаемой и поглощаемой телом энергии. Такая разность отлична от нуля, если температура тел, участвующих во взаимном обмене лучистой энергией, различна. При одинаковой температуре этих тел вся система находится в так называемом подвижном тепловом или термодинамическом равновесии. В этом случае все тела системы также излучают и поглощают, только для каждого из них приход лучистой энергии равен её расходу.
|
|
|
Пусть на поверхность некоторого тела падает поток лучистой энергии QПАД, Вт. Часть этого потока QПОГ поглощается телом, часть QОТР - отражается от поверхности и часть QПРОП пропускается телом если оно обладает некоторой прозрачностью. Таким образом, в соответствии с законом сохранения энергии имеем
QПАД = QПОГ + QОТР + QПРОП
Поделив обе части равенства на QПАД, получим
1 = А + R + D
где А = QПОГ / QПАД - поглощательная способность тела;
R = QОТР / QПАД - отражательная способность тела;
D = QПРОП / QПАД - пропускательная способность тела.
Если тело непрозрачно, т. е. его пропускательная способность D = 0, то
А + R = 1.
Если, кроме того, отражательная способность равна нулю, т. е. R = 0, следовательно, тело поглощает всю падающую на поверхность лучистую энергии, т. е. А = 1. Такое тело называется абсолютно черным.
Тела, которые пропускают всю падающую на них энергию, ничего не поглощая и, ничего не отражая, называются прозрачными или диатермичными.
Если поверхность отражает падающие лучи по законам оптики ( т. е. угол отражения равен углу падения ), то такое отражение называется зеркальным. Зеркальным отражением обладают блестящие полированные поверхности.
Если же отраженное излучение равномерно распределено по разным направлениям, т. е. поверхность тела является матовой, то такое отражение называется диффузным.
Излучение поверхности тела, обусловленное его нагревом, называется собственным излучением. Если собственное излучение равномерно распределено по всем направлениям в пределах полусферы, то такое излучение называется диффузным.
Плотностью лучистого теплового потока или плотностью потока интегрального излучения называется величина
Е = dQ / dF Вт / м2,
где Q - лучистый поток, представляющий собой количество энергии излучения, переносимое в единицу времени через произвольную поверхность, Вт ( Дж / ч ).
|
|
|
