Описание процесса излучения. Основные определения
Тепловое излучение есть результат превращения внутренней энергии тел в энергию электромагнитных колебаний.
Тепловое излучение как процесс распространения электромагнитных волн характеризуется длиной волны l и частотой колебаний n=с/l, где с – скорость света (в вакууме с=3×108 м/с).
Тепловой поток, излучаемый на всех длинах волн с единицы поверхности тела по всем направлениям, называется поверхностной плотностью потока интегрального излучения Е, Вт/м2.
Часть энергии излучения Епад, падающего на тело, поглощается (Еа), часть отражается (ЕR) и частично проникает сквозь него (ЕD).
Таким образом,
Еа+ЕR+ED=Eпад.
Это уравнение теплового баланса можно записать в безразмерной форме:
A+R+D=1.
Величина А называется коэффициентом поглощения, R – коэффициентом отражения, D – коэффициентом пропускания.
Тело, поглощающее все падающее на него излучение, называется абсолютно черным. Для этого тела А=1. Тела для которых А<1 и не зависит от длины волны падающего излучения, называются серыми. Для абсолютно белого тела R=1, для абсолютно прозрачного D=1.
Сумма потоков собственного и отраженного телом излучения называется его эффективным излучением:
Еэф=Е+REпад.
Суммарный процесс взаимного испускания, поглощения, отражения и пропускания энергии излучения в системах тел называется лучистым теплообменом.
Поверхностная плотность потока интегрального излучения абсолютно черного тела в зависимости от его температуры описывается законом Стефана-Больцмана:
Е0=s0Т4.
Здесь s0=5,67×10-8 Вт/(м2×К4) – постоянная Стефана-Больцмана. Для технических расчетов закон Стефана-Больцмана обычно записывают в виде:
Е0=С0(Т/100)4.
Где С0=s0×108=5,67 Вт/(м2×К4) называется коэффициентом излучения абсолютно черного тела.
Тела, с которыми мы имеем дело на практике, излучают меньше тепловой энергии, чем абсолютно черное тело при той же температуре.
Отношение поверхностной плотности потока собственного интегрального излучения Е данного тела к поверхностной плотности потока интегрального излучения Е0 абсолютно черного тела при той же температуре называется степенью черноты этого тела:
e=Е/Е0.
Степень черноты e меняется для различных тел от нуля до единицы в зависимости от материала, состояния поверхности и температуры. Используя понятие степени черноты, можно записать закон Стефана-Больцмана для реального тела:
Е=e×Е0=e×С0(Т/100)4=С(Т/100)4.
Здесь С=e×С0 – коэффициент излучения реального тела, Вт/(м2×К4).
