Теплообмен излучением

Основные понятия

Как известно, носителями лучистой энергии являются электромагнитные колебания с длиной волны от малых долей микрона до многих километров. В зависимости от диапазона длин волн такие излучения известны под разными названиями: рентгеновские, ультрафиолетовые, световые, инфракрасные лучи, радиоволны. Примерная классификация их следующая.

Длина волны	Вид излучения
0,05·10^–^6 мкм	Космическое
(0,5–1,0)·10^–^6 мкм	γ –излучение
10^–^6-20·10^–^3 мкм	Рентгеновское
20·10^–^3–0,4 мкм	Ультрафиолетовое
0,4–0,8 мкм	Видимое
0,8 мкм–0,8 мм	Тепловое (инфракрасное)
0,2 мм–Х км	Радиоволны

Это деление сложилось исторически; в действительности какой-либо резкой границы по длинам волн не существует.

С квантовой точки зрения лучистый поток представляет собой поток некоторых частиц – фотонов энергия которых равна hv, где h=6,62·10^–34 Дж·с постоянная Планка и v – частота колебаний эквивалентного электромагнитного поля. Напомним, что длина волны λ связана с частотой v соотношением λ·v=c, где с – скорость распространения колебаний (в вакууме с=3 ·10⁵ км/с).

Для нас наибольший интерес представляют те лучи, возникновение которых определяется только температурой и оптическими свойствами излучающего тела. Такими свойствами обладают световые и инфракрасные лучи, т.е. лучи длинной волны приблизительно от 0,4 до 800 мкм. Эти лучи и называют тепловыми, а процесс их распространения тепловым излучением или радиацией.

Природа тепловых и световых лучей одна и та же. Разница между ними лишь в длине волны; световые лучи имеют длину волны 0,4 – 0,8, а тепловые – 0,8 – 800 мкм. Законы же распространения, отражения и преломления, установленные для световых лучей, справедливы и для тепловых. Поэтому, чтобы лучше себе представить какие-либо сложные явления теплового излучения, всегда закономерно проводить аналогию со световым излучением, которое нам больше известно и доступно непосредственному наблюдению.

Тепловое излучение свойственно всем телам, и каждое из них излучает энергию в окружающее пространство. При попадании на другие тела эта энергия частью поглощается, частью отражается и частью проходит сквозь тело. Та часть лучистой энергии, которая поглощается телом, снова превращается в тепловую. Та часть энергии, которая отражается, попадает на другие (окружающие) тела и ими поглощается. То же самое происходит и с той частью энергии, которая проходит сквозь тело. Таким образом, после ря­да поглощений излучаемая энергия полностью распределяется между окружающими телами. Следовательно, 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 лучистой 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.

Дата добавления: 2015-08-03