Поглощательные способности

Так, например, вода поглощает излучение с длиной волны более 1,5 мкм, т. е. в наиболее активной области ИК-спектра большинства неорганических соединений. Технической проблемой является взаимодействие воды с материалом окна кюветы.

Озон образуется в стратосфере при взаимодействии молекулярного кислорода О2 и атомарного кислорода О в присутствии третьего элемента (этот процесс обычно происходит на поверхности аэрозольной частицы). Атомарный кислород — продукт фотолитиче-ской диссоциации молекул кислорода. Если кислород поглощает излучение Солнца главным образом в видимой и ультрафиолетовой областях спектра, то основная часть излучения, поглощаемого озоном, находится почти целиком в ближней ультрафиолетовой области.

Для обнаружения утечек жидкого водорода, используемого в качестве горючего для ракет, в него добавляют небольшое количество радиоактивного трития [76]. Тритий имеет низкую температуру кипения (59 К), близкую к температуре кипения водорода (56 К). Это позволяет растворять тритий в водороде, в то время как все обычно применяемые индикаторные вещества в смеси с ним затвердевают. Период полураспада трития 12,5—14 лет. Тритий ^-активен, что позволяет успешно применять его для течеискания, так как металл толщиной более 0,05 мм (стенки контролируемого объекта) поглощает излучение, а р-счетчиком регистрируется только излучение, прошедшее через неплотности. Даже при очень низкой концентрации трития (от 0,1 до 10 частей трития на миллиард частей водорода) можно зафиксировать утечку водорода до того, как его концентрация в воздухе достигает взрывоопасного уровня. Загрязнение поверхности контролируемого объекта радиоактивными веществами устраняют путем обдува его воздухом.

На этом научные достижения 1913 г. не исчерпались. В этом году Нильс Бор создал атомную модель. Отмеченную выше трудность объяснения непрерывного испускания энергии при движении электронов вокруг ядра согласно классической электродинамике Бор преодолел, отказавшись от ее законов в области внутриатомных явлений. Он привлек для объяснения теорию квантов Планка, допустив, что пока электрон движется по некоторым «дозволенным» орбитам, он никакой энергии не излучает и не поглощает, излучение же или поглощение ее происходит целыми порциями (квантованно) при перескоке электрона на более близкую к ядру орбиту (излучение) или на более отдаленную от нее (поглощение). Таким образом, теоретический синтез охватил теперь не только великие физические открытия конца Х1Хв. в их слиянии с периодическим закономМен-делеева, но и теорию квантов Планка, новую электродинамику (в качестве учения о движении электронов внутри атома) и данные спектроскопии. Боровская модель атома в первоначальном виде была еще весьма несовершенной. Прежде всего тогда не было точного представления о структуре электронных орбит. В 1913 г. Бор пользовался для их характеристики лишь одним квантовым переменным («главным квантовым числом»). Поэтому орбиты получались неизбежно кольцевыми, расположенными в виде концентрических окружностей, в общем центре которых находилось

Однако, если представить себе такое тело, которое полностью поглощает излучение любой длины волны, независимо от угла падения этого излучения на поглощающую поверхность, то спектральное распределение энергии излучения такого абсолютно черного тела носит единый универсальный характер независимо от физической природы самого тела. -. Поэтому в основу всех расчетов теплового излучения различных тел положены, как наиболее простые и универсальные, законы излучения абсолютно черного т е^л а.

Отметим, что на внутренней поверхности S "величина д„, строго говоря, не может быть задана независимо от распределения температуры Г (Р). Если в полости тела среда не поглощает излучение, то элементарная площадка dSg (см. рис. 2.2) будет посылать на единичную площадку с координатами, соответствующими точке Р « S", поток излучения

Когда тело имеет малое термическое сопротивление во всех направлениях, его температуру Т можно считать одинаковой по всему объему. Отдельные участки внутренней поверхности тела (см. рис. 2.2) будут находиться в состоянии температурного равновесия, и Л'(Р, Т) qn(P) = е"(Р, Т) 00 Т4 при Р е S." Это равенство справедливо, если среда в полости тела диатермична (не поглощает излучение) и внутренние источники излучения отсутствуют. В этом случае теплообмен излучением во внутренней полости тела не оказывает влияния на его температуру. Участки произвольной по форме внешней поверхности тела обмениваются между собой потоками излучения. Поэтому тепловые потоки <2п(Р) и е'(Р, Т)ооТ* при Р s S'можно рассматривать независимо друг от друга только в случае выпуклой внешней поверхности S'.

Ниже рассматриваются угловые коэффициенты применительно к более общему случаю, когда срм, м?=0 и среда поглощает излучение поверхности F^ самой на себя (см., например, рис. 18-5, варианты б, г; рис. 18-1, варианты з, к).

Теплообмен излучением (или радиационный теплообмен) представляет собой перенос теплоты посредством электромагнитного излучения (в том числе за счет света). При этом внутренняя энергия вещества превращается в энергию излучения (энергию фотонов или электромагнитных волн), которая, попадая на тела, способные ее поглощать, снова превращается во внутреннюю энергию. Например, при полете космического корабля в межпланетном пространстве его поверхность поглощает излучение Солнца.

поглощает излучение. Период полураспада 60Со 5,3 года, время

Радиацией или ионизирующим излучением называют коротковолновое электромагнитное излучение — рентгеновские и •у-лучи, электроны, протоны, нейтроны, а-частицы и ядра отдачи, а также быстрые нейтроны. Источником излучения является радиактивный 60Со, распад которого сопровождается выбросом р-частиц с энергией 0,3 МэВ и двух у-квантов с энергией 1,17 и 1,33 МэВ с выходом 100%. Средняя энергия у-квантов равна 1,25 МэВ. Благодаря самопоглощению р-частиц 60Со дает практически чистое у-излучение. Его проникающая способность очень высока. Слой воды толщиной 15 см не полностью поглощает излучение. Период полураспада 60Со 5,3 года, время использования в промышленной установке обычно достигает 10 лет.

Полученная закономерность справедлива для любых других серых тел, поглощательные способности которых соответственно равны А2, АЗ

ство экранов п; поглощательные способности ,их различны и не равны поглощательным способностям тел 1 и 2, т. е.

Рассмотим два тела, из которых одно находится в полости другого (рис. 17-4). Тело 1 — выпуклое, а тело 2 — вогнутое. Они имеют заданные размеры FI и F2, поглощательные способности А\ и Л2, степени черноты ei и 82, а также температуры TI и Tz, причем Ti>Tz.

где с учетом (17-4) приведенные поглощательные способности выражаются зависимостями

излучение, поглощательные способности этих поверхностей соответственно равны Т, Е, А, Т0, Е0 и Л0 = 1, причем Т>Т0 (рис. 5-5). Составим энергетический баланс. С единицы левой поверхности в единицу времени излучается энергия в количестве Е. Попадая на черную поверхность, эта энергия полностью ею погло-

Явление лучистого теплообмена — это сложный процесс многократных затухающих поглощений и отражений. Часть энергии, будучи излучена, вновь возвращается на первоисточник, тормозя этим процесс теплообмена. В качестве примера рассмотрим перенос лучистой энергии в простейшем случае теплообмена между двумя параллельными поверхностями, спектр излучения которых является серым. Температуры, плотности потоков излучения и поглощательные способности этих поверхностей заданы: Tlt Ег,

Пусть имеются два элемента dF^ и dFz серых тел (рис. 5-14), температуры, плотности потоков излучения и поглощательные способности которых соответственно Тг, Tz, Et, ?2, Alt Л2. Элементы расположены произвольно, расстояние между ними равно г, а углы между линией, соединяющей их центральные точки с нормалями пг и п. z, равны ф! и ср2 (фх и ф2 могут лежать в разных плоскостях).

— соответственно спектральная и полная (интегральная) полусферические поглощательные способности поверхности, зависящие от распределения спектральной интенсивности в падающем излучении по частотам и направлениям.

= л'^о (Г) — соответственно спектральная и полная плотности падающего на поверхность излучения, равные для термодинамического равновесия соответствующим равновесным плотностям, определяемым по (2-14) и (2-17); я„-/Г) и а,Т) — спектральная и полная поглощательные способности поверхности для условий термодинамического равновесия, определяемые в соответствии с (1-106) и (.1-107) по формулам:

где аю и аг — -поглощательные способности граничной стенки и цилиндрического объема среды, заполняющей канал; х~ J/2/2 — приближенно постоянный коэффициент для цилиндрической формы канала; Bu=«AD— критерий Бугера, определяемый по диаметру канала; К — радиус цилиндрического канала; г — текущий радиус.

зические параметры среды с целью упрощения предполагаются постоянными, а 'коэффициент ее теплопроводности, как и в предыдущей задаче, принимается равным нулю (1 = 0). Температуры граничных поверхностей, их поглощательные способности и 'Скорость движения «реды считаются задаиными. Гр1аничные условия в отношении теплового состояния среды на входе IB слой (л: = 0) могут быть двух родов. При задании граничных условий первого рода задается температура среды во входном сечении Т\Х=0=Т0, а при граничных условиях второго рода задается плотность общего теплового по-тока через слой арады q0^. В принятых условиях ищется распределение температуры по толщине слоя движу -