Излучение реальных тел
Описанный Планком закон распределения дает максимальное значение излучаемой энергии при любых температуре и длине волны. Большую энергию тело не может испускать ни на отдельных длинах волн, ни в отдельных диапазонах. В действительности встречаются такие тела, которые при всех длинах волн и температурах испускают определенную долю энергии, излучаемой черным телом (рис. 2.4). Их называют серыми телами. Существуют и такие вещества, которые испускают излучение не на всех длинах волн, а в некоторых областях могут достигать волны излучения черного тела. Излучение таких тел называется избирательным (селективным). К ним относятся электрические проводники, а также газы. Твердые тела, используемые в отопительной технике, с достаточным приближением можно считать «серыми».
Применение законов черного тела к серым телам. Излучение Е серого тела, согласно сказанному выше, можно учитывать как независимую от длины волны постоянную долю излучения черного тела с одинаковой температурой. Эту долю определяют по формуле и называют коэффициентом излучения или относительной способностью к излучению, а испускаемую энергию — излучательной способностью серого тела, или излучением. Коэффициент е определяют экспериментально.
Распределение излучения реальных тел в зависимости от различных углов падения описывается законом косинуса Ламберта не совсем точно. Для них коэффициент излучения е является средним значением коэффициентов ер, соответствующих отдельным направлениям.
На рис. 2.5 показано изменение коэффициентов излучения тел с шероховатой и отполированной поверхностью в зависимости от угла падения р. Для шероховатых тел едаер=0, а для гладких тел еда 1,2ер = о.
Как для шероховатых, так и для гладких тел при изменении Р от 75 до 90° коэффициент излучения резко уменьшается. При некоторых условиях это очень выгодно с точки зрения отопительной техники. Например, доля теплоты, излучаемой потолочными устройствами лучистого отопления на участки, расположенные вне зоны нахождения людей (на наружные стены, окна), меньше, чем доля, приходящаяся на пол.
Закон Кирхгофа. Приведенные выше зависимости описывают явления, связанные с излучением и поглощением тел, обособленно друг от друга. Закон Кирхгофа определяет соотношение между ними.
Представим себе отдельные абсолютно черное и серое тела с бесконечно большой плоской поверхностью, расположенные так близко друг к другу, чтобы они взаимооблучались (рис. 2.6).
Из излучения Es абсолютно черного тела серое тело поглощает часть aEs и отражает часть (1—a)Es. Таким образом, действительное излучение серого тела равно Е +(1 —a)Es. Его полностью поглощает абсолютно черное тело.
При сопоставлении этой формулы с зависимостью (2.9) получаем
т. е., согласно закону Кирхгофа, поглощательная и излучательная способности серого тела равны. Это действительно для любой области длин волн.
