Теплообмен за счет теплового излучения

Еще один способ теплообмена между телом и окружающей сре­дой состоит в испускании и поглощении электромагнитных волн.

Тепловое излучение — электромагнитное излучение, ис­пускаемое веществом и возникающее за счет его внутренней энергии.

Тепловое излучение обусловливается возбуждением частиц веще­ства при соударениях в процессе теплового движения или ускоренным движением зарядов (колебания ионов кристаллической решетки, те­пловое движение свободных электронов и т. д.). Оно возникает при любых температурах и потому присуще всем телам.

И поток излучения, и энергетическая светимость зависят от строения вещества и его температуры: Ф = Ф(Т), Re = Re(T).

Энергетическая светимость /?е, определенная выше, охватыва­ет весь диапазон длин испускаемых волн (теоретически — от нуля до бесконечности). Для того, чтобы показать, как излучаемая энер­гия распределена по этому диапазону, используют специальную величину, называемую спектральной плотностью энергетиче­ской светимости. Обозначим энергию теплового излучения, ис­пускаемую единичной поверхностью тела за 1 с в узком интервале длин волн от X до X+dX через dRe.

Спектральной плотностью энергетической светимости (х) (испускательной способностью) называется отношение энер­гетической светимости в узком участке спектра (dRe) к ширине этого участка (dX):

Для всех реальных тел коэффициент поглощения зависит от длины волны падающего излучения. Из определения следует, что О < а < 1. В общем случае вид функции а(А,, Т) может быть весьма сложным.

Ниже приводятся некоторые простейшие типы поглощения.

Абсолютно черное тело — такое тело, коэффициент погло­щения которого равен единице для всех длин волн: а = 1. Оно по­глощает все падающее на него излучение.

Хотя тел, которые являются абсолютно черными, в природе нет, нетрудно построить достаточно хорошую модель абсолютно черного тела — маленькое отверстие в замкнутой непрозрачной полости со стенками, покрытыми сажей. Луч, попавший в это от­верстие, после многократных отражений от стенок, будет поглощен практически полностью. Кроме того, к абсолютно черному телу близки поглощательные свойства сажи, черного бархата, плати­новой черни и т. п.

Спектральная плотность энергетической светимости абсолютно черного тела обозначается символом е. Ее зависимость от длины волны определяет спектр излучения черного тела, который иг­рает особую роль. С ним связаны спектры других тел.

Абсолютно белое тело — такое тело, коэффициент поглоще­ния которого равен нулю для всех длин волн: а = 0.

Истинно белых тел в природе нет, однако существуют тела, близкие к ним по свойствам в достаточно широком диапазоне. На­пример, зеркало в оптической части спектра отражает почти весь падающий свет.

Серое тело — такое тело, для которого коэффициент поглоще­ния меньше единицы и не зависит от длины волны: а = const < 1.

Некоторые реальные тела обладают этим свойством в опреде­ленном интервале длин волн. Например, «серой» (а = 0,9) можно считать кожу человека в инфракрасной области.