Основной закон поглощения

Излучать и поглощать могут твердые, жидкие и газообразные реальные тела конечной толщины. Если на какое-либо тело надает луч интенсивностью I_{λ 1}, то этот луч частично поглощается и выхо­дит с другой стороны тела с интенсивностью I_λ .₂, меньшей, чем I_{λ 1}. Коэффициент поглощения для луча сданной длиной волны опреде­ляется из уравнения

(а)

Опыты показывают, что падение интенсивности dI_λ . пропорцио­нально начальной интенсивности I_λ .,, пути dx и зависит от свойств газа:

Знак «минус» в правой части указывает на убывание интенсивности. Коэффициент пропорциональности к, зависящий от физических свойств тела, температуры и длины волны, называется коэффициен­том абсорбции, или коэффициентом поглощения вещества, для лучей с данной длиной волны; к имеет размерность 1/м. Разделяя переменные, получаем

Интегрируя данное уравнение в пределах от х=0 до х = s, находим

откуда при к=const

Следовательно, коэффициент поглощения

(29-2)

Полученное уравнение показывает, что А_λ зависит от коэф­фициента абсорбции к и толщины слоя тела s. При толщине s = 0 коэффициент А_λ — 0, т. е. поглощение происходит в слое вещества конечной толщины. Если s=оо, то Аλ = 1, т. е. слой большой толщины поглощает луч целиком, как абсолютно черное тело. На величину A_λ влияет также коэффициент абсорбции к. Если к велик, то поглощение происходит в тонком поверхностном слое. В связи с этим состояние поверхности тела оказывает большое влияние на его поглощательную и нзлучательную способность. Если к = О, то и A_λ , = 0.

(29-7)

Величину е называют степенью черноты. Она зависит от физи­ческих свойств тела. Степень черноты серых тел всегда меньше единицы.

Большинство реальных твердых тел с определенной степенью точности можно считать серыми телами, а их излучение — серым излучением.

Энергия интегральногоизлучения серого тела равна

но поэтому

(29-8)

Экраны

В различных областях техники довольно часто встречаются случаи, когда требуется уменьшить передачу теплоты излучением. Например, нужно оградить рабочих от действия тепловых лучей в цехах, где имеются поверхности с высокими температурами. В других случаях необходимо оградить деревянные части зданий от.лучистом энергии в целях предотвращения воспламенения; следует защищать от лучистой энергии термометры, так как в противном случае они дают неверные показания. Поэтому всегда, когда необ­ходимо уменьшить передачу теплоты излучением, прибегают к ус­тановке экранов. Обычно экран представляет собой тонкий метал­лический лист с большой отражательной способностью. Температу­ры обеих поверхностей экрана можно считать одинаковыми.

Рассмотрим действие экрана между двумя плоскими безгранич­ными параллельными поверхностями, причем передачей теплоты конвекцией будем пренебрегать. Поверхности стенок и экрана счи­таем одинаковыми. Температуры стенок T₁ и Т₂ поддерживаются постоянными, причем T₁> T₂. Допускаем, что коэффициенты луче­испускания стенок и экрана равны между собой. Тогда приведенные коэффициенты излучения между поверхностями без экрана, между первой поверхностью и экраном, экраном и второй поверхностью равны между собой.

Тепловой поток, передаваемый от первой поверхности ко второй (без экрана), определяем из уравнения

Тепловой поток, передаваемый от первой поверхности к экрану, находим по формуле

а от экрана ко второй поверхности по уравнению

При установившемся тепловом состоянии q₁ = q₂, поэтому

откуда

Подставляя полученную температуру экрана в любое из уравнений, получаем

Сравнивая первое и последнее уравнения, находим, что установ­ка одного экрана при принятых условиях уменьшает теплоотдачу излучением в два раза:

(29-19)

Можно доказать, что установка двух экранов уменьшает теплоотдачу втрое, установка трех экранов уменьшает теплоотдачу вчет­веро и т. д. Значительный эффект уменьшения теплообмена излуче­нием получается при применении экрана из полированного металла, тогда

(29-20)

где С'_пр — приведенный коэффициент излучения между поверх­ностью и экраном;

С_пр — приведенный коэффициент излучения между поверх­ностями.