Світіння нагрітих тел

Абсолютно чорне тіло. В теорії променистого теплообміну використовується модель абсолютно чорного тіла. тобто тіла повністю поглинає падаюче випромінювання (відображення немає). Фізичної реалізацією абсолютно чорного тіла може бути, наприклад, сферична порожнина діаметром D з малим вихідним отвором розміром d

Спектральна випромінювальна здатність. Нагріте тіло випромінює різну кількість енергії на різних довжинах хвиль. Енергія, яку випромінює з одиниці площі поверхні тіла в одиницю часу на даній довжині хвилі називається спектральної випромінювальною здатністю. Спектральна випромінювальна здатність залежить від температури і довжини воли (частоти) випромінювання. Для абсолютно чорного тіла має місце формули Планка

де

Світіння нагрітих тел
- швидкість світла, - постійна Планка,
Світіння нагрітих тел
- постійна Больцмана.

Формули Планка отримані з припущення про те, що випромінюється енергія приймає тільки певні значення, кратні величині

Світіння нагрітих тел
(Тобто з припущення оквантованіі енергії).

Залежність спектральної випромінювальної здатності від довжини хвилі при різних значеннях температури показані на рис. 8.

Світіння нагрітих тел

Мал. 8. Залежність спектральної випромінювальної здатності абсолютно чорного тіла від довжини хвилі

Закони зміщення Віна. На рис. 8 показано, що з ростом температури максимум спектральної випромінювальної здатності збільшується і зміщується в бік коротких довжин хвиль. Для довжини хвилі, що відповідає цьому максимуму, має місце1 перший закон Вина

де. Даний закон пояснює зміну кольору тел при їх нагріванні (табл. 2).

Максимальне значення спектральної випромінювальної здатності пов'язано з температурою Tвторим законом Вина

Світіння нагрітих тел

Поглинальна здатність. Закон Кірхгофа. Відношення енергії, поглиненої тілом, до енергії, що падає на тіло у вигляді теплового випромінювання, називається поглощательной здатністю. Ставлення спектральної поглинальної здатності

Світіння нагрітих тел
до спектральної випромінювальної здатності
Світіння нагрітих тел
не залежить від роду речовини (закон Кірхгофа):

де

Світіння нагрітих тел
однакова для всіх речовин. Для абсолютно чорного тел
Світіння нагрітих тел
і
Світіння нагрітих тел
.

Абсолютна випромінювальна здатність. Енергія, яку випромінює з одиниці поверхні тіла в одиницю часу у всьому діапазонедлін хвиль називається абсолютної (інтегральної) випромінювальною здатністю. Спектральна і абсолютна випромінювальні здатності тіла пов'язані між собою співвідношенням

Підставляючи (24) в (28) і обчислюючи інтеграл, одержимо

- постійна Стефана-Больцмана. Зв'язок (29) абсолютної випромінювальної здатності з температурою тіла називається законом Стефана-Больцмана. Закон Стефана-Больцмана (29) дозволяє розрахувати потужність, що випромінюється 1 м2 поверхні тіла з абсолютною температурою T. Перенесення тепла випромінюванням грає виключно важливу роль в умовах пожежі.

Сіре тіло. Ступінь чорноти. Реальні тіла не є абсолютно чорними. Для їх опису використовується ступінь чорноти

Світіння нагрітих тел
З урахуванням ступеня чорноти абсолютна випромінювальна здатність тіла з температурою Т розраховується за формулою

Повна енергія, яку випромінює поверхнею S. визначається співвідношенням

Світіння нагрітих тел

Тіла, для яких ступінь чорноти не залежить від довжини хвилі, називають сірими. Ступінь чорноти залежить від виду матеріалу і якості обробки поверхні. Значення ступеня чорноти для деяких матеріалів приведені в табл. 2.

Схожі статті