ТЕПЛООБМЕН ИЗЛУЧЕНИЕМ 1
Излучение (или лучеиспускание) Во всех телах, температура которых выше 0 К, происходит превращение тепловой энергии в лучистую. Излучение - это процесс испускания телом электромагнитных волн в результате преобразования внутренней энергии тела, за счет внутримолекулярных и внутриатомных возмущений, в лучистую энергию. По физической сущности тепловое излучение аналогично излучению света. Длина видимых эл. магн. волн 0, 4 - 0, 8 мкм, а тепловых (инфракрасных) – 0, 8 - 400 мкм. 2
Излучение (или лучеиспускание) Для большинства твердых и жидких тел спектр излучения непрерывный, т. е по всему спектру эл. магн. волн Но для некоторых газов и паров он может быть селективным (излучают только отдельные участки спектра для некоторых газов и паров). Излучение (лучеиспускание) также может быть : диффузным (энергия излучается равномерно по всем направлениям); направленным. 3
Еще термины… Перенос лучистой энергии - процесс ее распространения, определяемый физическими свойствами среды и спектральным составом излучения. Поглощение - процесс превращения части лучистой энергии во внутреннюю энергию тела. Отражение лучистой энергии от поверхности тела может быть диффузным (равномерным во всех направлениях) и зеркальным (по законам геометрической оптики). 4
Лучистый теплообмен Лучистым теплообменом называют совокупность процессов теплового излучения – испускания, – переноса, – поглощения, – отражения и – пропускания Лучистый теплообмен между телами одинаковой температуры называют равновесным, а такое равновесие - динамическим. 5
Лучистый поток Общее количество лучистой энергии, испускаемой телом в единицу времени, называется лучистым потоком Q, Вт. Поверхностная плотность потока Поток излучения Q, проходящий через единицу поверхности в пределах телесного угла 2π, называется поверхностной плотностью потока излучения E = d. Q / d. A Вт/м 2 6
Интенсивность потока излучения Излучение в достаточно узком интервале длин волн называют монохроматическим излучением Qλ. Отношение плотности потока монохроматического излучения Eλ=d. Qλ / d. A в малом интервале длин волн λ к этому интервалу есть интенсивность или спектральная плотность потока излучения Jλ, Jλ = d. Eλ / dλ Вт / (м 2 *м) 7
Потоки излучения на поверхности тела Епад - излучение, падающее на поверхность тела; ЕА - поглощаемый лучистый поток; ER – отражаемый лучистый поток; ED - лучистый поток, проходящий сквозь тело; Е - собственное излучение; Еэф = Е + ER эффективное излучение 8 тела
Закон сохранения энергии для падающего потока В соответствие с законом падающая на тело лучистая энергия поглощается, отражается и пропускается этим телом. Епад = ЕА + ER + ED Поделим этот баланс на Епад: 1=A+R+D где A, R и D - коэффициенты соответственно - поглощения А = ЕА / Епад - отражения R = ER / Епад - пропускания D = ED / Епад. Коэффициенты являются безразмерными величинами и характеризуют способность тела поглощать, отражать или пропускать тепловое излучение. 9
Предельные случаи При R = 0; А = 0; D = 1 (абсолютно прозрачное тело); При R = 1; A = 0; D = 0 (абсолютно белое тело); При R = 0; A = 1 ; D = 0 (абсолютно черное тело). Абсолютно прозрачных, белых и черных тел в природе не существует. Наиболее близки к абсолютно черному телу сажа, чёрный бархат (А = 0, 97. . . 0, 98), Одно- и двухатомные газы являются практически прозрачны для теплового излучения , A и D 1. 10
Серое тело Жидкие и твердые тела отражают часть падающего излучения и не являются абсолютно черными телами, поэтому их поглощательная способность А меньше единицы. Серым называют непрозрачное тело, коэффициент поглощения которого 0<А<1 не зависит ни от направления падающего излучения, ни от его спектрального состава. Большинство твердых тел можно рассматривать, как серые тела. 11
Степень черноты Степенью черноты называют отношение плотности собственного излучения Е тела к плотности собственного излучения Е 0 абсолютно черного тела при одной и той же температуре: = Е/Ео. Это справедливо и для монохроматического излучения = Еλ/Еоλ 12
Физический смысл степени черноты Степень черноты относится к важнейшим радиационным характеристикам и характеризует способность тел поглощать и испускать энергию излучения. Степень черноты зависит от природы тела, температуры, шероховатости поверхности, а для металлов и от степени окисления поверхности. При этом существует различие между электрическими проводниками и непроводниками в области теплового (инфракрасного) излучения. 13
Проводники и непроводники Проводники отражают большую часть теплового излучения, их поглощательная (излучательная) способность мала и увеличивается с повышением температуры. Для них установлена пропорциональная связь между степенью черноты , температурой Т, К, и удельным электрическим сопротивлением ρэ, Ом*см, Диэлектрики поглощают большую часть падающего излучения и, соответственно, больше излучают (степень черноты при комнатных температурах 0, 8 и больше); при этом их поглощательная (излучательная) способность падает с повышением температуры. Указанные положения справедливы в диапазоне температур излучающих поверхностей, пока спектр излучения лежит в инфракрасной области. 14
Законы лучеиспускания Для лучеиспускания установлены следующие законы: Закон Планка Закон Рэлея и закон Вина (упрощенные законы Планка) Закон смещения Вина Закон Стефана-Больцмана Закон Ламберта Закон Кирхгофа 15
ЗАКОН ПЛАНКА Закон Планка устанавливает зависимость между спектральной плотностью потока излучения Jλ 0 , длиной волны λ и температурой Т 16
Зависимость спектральной плотности потока излучения АЧТ от длины волны и температуры Спектральная плотность потока излучения достигает максимального значения при некоторой длине волны λmax, которая зависит от температуры поверхности излучения 17
Упрощения закона Планка Закон Рэлея Справедлив для случая λТ > 100 С 2 Закон Вина Справедлив для случая λТ < 0, 2 С 2 18
Закон смещения Вина • Длина волны - на которую приходится максимум энергии в спектре равновесного излучения, обратно пропорциональна абсолютной температуре излучающего тела. • С повышением температуры длина волны, соответствующая максимальной плотности потока излучения, смещается в сторону более коротких волн. Подставляя в формулу Планка получаем: 19
Закон Стефана-Больцмана Для абсолютно черного тела С 0 - коэффициент излучения абсолютно черного тела Для серого тела С = С 0 - коэффициент излучения серого тела, Вт/(м 2 К 4), - степень черноты серого тела Этот закон устанавливает связь между плотностью потока интегрального полусферического излучения абсолютно черного тела Е 0 (или серого тела Е) и его температурой. 20
ЗАКОН ЛАМБЕРТА Этот закон определяет значение плотности потока излучения Еφ в зависимости от его направления по отношению к равномерно излучающей поверхности тела. Закон Ламберта строго справедлив для абсолютно черных тел и хорошо выполняется для диэлектриков и окисленных поверхностей металлов при угле φ<60° 21
ЗАКОН КИРХГОФА Этот закон устанавливает связь между лучеиспускательной и поглощательной способностью А серых тел. Согласно этому закону для серых тел поглощательная способность А и степень черноты равны между собой. =А Или отношение плотности потока излучения тела Е к его поглощательной способности А одинаково для всех тел и равно плотности потока излучения абсолютно черного тела при той же температуре. Из закона следует, что лучеиспускательная способность тела тем выше, чем больше его поглощательная способность Закон Кирхгофа строго справедлив только для условий температурного равновесия, когда температуры излучающих тел равны, а падающее излучение испускается абсолютно черным телом. 22
Скачать презентацию ТЕПЛООБМЕН ИЗЛУЧЕНИЕМ 1 Излучение (или лучеиспускание) Во
лек 9 Теплообмен излучением БАФ.ppt