Равновесное излучение

ния, создающие временную жесткость, не распадаются в присутствии свободной или так называемой равновесной углекислоты. Таким образом, на известном уровне процесс распада приостанавливается, стабилизируя остаточную временную жесткость.

при наличии в воде растворенного кислорода предопределяется коррозия. При увеличении в воде концентрации бикарбонатов количество необходимой равновесной углекислоты соответственно растет, а вероятность образования избыточной агрессивной углекислоты уменьшается. Таким образом, соотношение между содержанием в воде бикарбонатов и свободной углекислоты характеризует коррозионные свойства воды.

В природных водах углекислота сосуществует с бикарбонатами щелочноземельных металлов. При этом свободная углекислота может быть разделена на две части — равновесную и агрессивную. Равновесная углекислота находится в равновесии с бикарбонатами; она необходима для их стабильного существования в растворе. Каждой концентрации бикарбонатов соответствует определенная концентрация равновесной углекислоты. Если количество свободной углекислоты ниже этого предела, то раствор не является стабильным; из него должен выпадать карбонат, пока остаточная концентрация бикарбоната не придет в равновесие со свободной углекислотой:

Рекарбонизация циркуляционной воды с любой карбонатной жесткостью применяется для предотвращения накипи. Этот способ борьбы с накипеобразованием основан на свойстве солей карбонатной жесткости не распадаться и не выпадать в виде накипи при наличии в воде свободной равновесной углекислоты. Требуемое количество углекислоты зависит от температуры воды и величины карбонатной жесткости: с увеличением этих показателей увеличивается и необходимое количество равновесной углекислоты.

При этом происходит распад не всего количества бикарбоната кальция, а только части его, которая превышает предел растворимости при данной температуре воды и данном количестве растворенной (равновесной) углекислоты.

Реакции распада бикарбонатов идут при недостатке в воде равновесной углекислоты в результате удаления свободной углекислоты из деаэратора.

г) возмещения потерь равновесной углекислоты в системе

ва равновесной углекислоты; с другой стороны, выделяющаяся,

г) возмещения потерь равновесной углекислоты в системе оборотного водоснабжения посредством добавки углекислоты дымовых газов (карбонизации);

Снижение концентрации в охлаждающей воде бикарбонат-ных ионов обусловливает уменьшение необходимого количества равновесной углекислоты; с другой стороны, выделяющаяся, согласно указанной реакции, свободная углекислота способствует стабилизации бикарбонатов, остающихся в воде после под-кисления.

чтобы в воде присутствовало эквивалентное этой концентрации количество свободной «равновесной углекислоты» С02. Так как растворимость диоксида углерода зависит от его температуры и парциального давления в воздухе, контактирующем с раствором, а также от протекания биохимических процессов в природных водах, при определенных условиях содержание С02 в воде может оказаться меньше или больше значения, соответствующего расчетному равно-

В испарителях создаются следующие условия, стимулирующие выделение из раствора карбоната кальция: 1) при повышении температуры необходимая концентрация равновесной углекислоты возрастает, что обусловливает ее дефицит; 2) растворимость свободной углекислоты понижается при нагревании воды, углекислота летит с паром и, следовательно, концентрация ее в растворе уменьшается.

Принятие локального термодинамического равновесия существенно облегчает задачу, .поскольку все радиационные характеристики вещества в этом случае однозначно зависят только от частоты и термодинамических параметров. Поэтому для определения излучательных и поглощательных характеристик достаточно рассмотреть излучающие системы, в которых устанавливается термодинамически равновесное излучение, подчиняющееся общим закономерностям, вытекающим из принципов термодинамики. Такое рассмотрение равновесных излучающих систем позволяет установить ряд законов, которым подчиняется термодинамически равновесное излучение, и найти связь излучательных и поглощательных характеристик вещества в условиях термодинамического равновесия.

2-2. Термодинамически равновесное излучение

а) Термодинамически равновесное излучение в вакууме. Рассмотрим излучение в термодинамически равновесной системе, представляющей собой вакуумирован-ную полость, окруженную замкнутой изотермической оболочкой. За счет собственного излучения оболочки замкнутое вакуумированное пространство заполняется излучением различных длин волн. При этом свойства наполняющего замкнутое пространство излучения становятся такими, что оболочка поглощает ровно столько энергии, сколько и излучает. В наступившем состоянии термодинамического равновесия излучение в вакуумиро-ванной полости будет подчиняться условиям (2-2) . Поскольку IB вакууме не происходит излучения и поглощения электромагнитной энергии, то спектральная интен-60

Уравнение (2-3) будет выполняться при условии, если спектральная интенсивность равновесного излучения в вакууме /ov для всех длин волн не будет зависеть от направления s, т. е. термодинамически равновесное излучение является изотропным. Поскольку, как уже отмечалось, интенсивность в вакууме не меняется вдоль любого направления, то получим первое важное свойство равновесного излучения для вакуума:

Второе свойство равновесного излучения заключается в отсутствии у него поляризации для любого направления луча s и любой частоты л>. Это свойство вытекает из следующих соображений. Если бы в условиях термодинамического равновесия существовала поляризация для какого-то одного направления и одной длины волны, то, поставив на пути распространения этого луча поляризационное устройство, пропускающее волны определенной поляризации, можно было бы осуществить перенос излучения в термодинамически равновесной системе, что противоречит второму началу термодинамики. Следовательно, равновесное излучение должно обладать естественной поляризацией и ни одна ориентация электромагнитного вектора «е должна иметь преимущества перед другими для всех частот и направлений луча.

Интенсивности равновесного излучения от материала стенок вакуумированной -полости. Из какого бы материала ни были сделаны стенки замкнутой изотермической полости, в вакуумированном объеме устанавливается равновесное излучение, спектральная интенсивность которого будет зависеть только от температуры стенок Т и частоты v:

Итак, использование общих принципов термодинамики позволило установить, что равновесное излучение для вакуума является естественно поляризованным, а его спектральная интенсивность/0v постоянна во всех точках объема системы и для всех направлений, зависит только от температуры и частоты и описывается универсальной функцией.

б) Термодинамически равновесное излучение в среде. Представим себе термодинамически равновесную систему, состоящую из двух объемов и окруженную изотермической оболочкой с температурой Т. Первый объем является вакуумированной полостью, а второй заполнен диатермической средой, скорость распространения излучения в которой для различных частот различна и отличается от скорости распространения электромагнитных волн в вакууме с. При этом в первом (ва-

Поскольку равновесное излучение как в вакууме,так и в среде является неполяршованным, то в соответствии с принципом обратимости, а также ка:к следствие формул Френеля отражательные способности rv s, (
Поскольку равновесное излучение является изотропным, то тензор напряжений излучения (1-93) вырождается в скаляр и давление равновесного излучения на оболочку во всех ее точках будет равно:

Поскольку 'равновесное излучение является не-поляри-зованным, то, используя свойства замыкаемосъи (1-74) и взаимности (1-75), которым удовлетворяет индикатриса отражения, на основании (2-65) и (2-66) получаем равенство: