Тепловое излучение (лучистый теплообмен)
Лучистая энергия представляет собой энергию электромагнитных колебаний с различными длинами волн. Таким образом, носителем теплового излучения являются электромагнитные волны, которые распространяются в однородной изотропной среде или вакууме со скоростью света в соответствии с законами оптики.
В дальнейшем мы будем рассматривать лишь так называемое тепловое излучение, которому соответствуют длины волн от 0,4 до 1000 мкм. Такие лучи поглощаются телами, причём при поглощении их лучистая энергия снова переходит в тепловую.
При попадании лучистой энергии на какое-либо тело поглощается лишь часть этой энергии. Другая её часть отражается, а некоторая часть проходит сквозь тело.
Абсолютно чёрное тело поглощает полностью любое падающее на него тепловое излучение. Абсолютно белое тело отражает полностью падающее на него тепловое излучение. Абсолютно прозрачное (диатермичное) тело пропускает полностью падающее на него тепловое излучение.
Абсолютно чёрных, белых и прозрачных тел в природе не существует. Практически прозрачными телами являются одно- и двухатомные газы (воздух, азот, кислород, водород и др.). Твёрдые тела и жидкости для тепловых лучей непрозрачны.
Моделью абсолютно черной излучающей поверхности является отверстие полости, оболочка которой равномерно прогрета. Отверстие в оболочке настолько мало (F0/F<<1), что выход излучения через него не в состоянии нарушить термодинамическое равновесие в полости.
В связи с этим излучение абсолютно черного тела иногда называют равновесным излучением.
Эта конструкция является одновременно моделью абсолютно чёрного тела для поглощения излучения.
Действительно, многократное отражение луча, во-шедшего в полость через малое отверстие, обеспечивает практически полное его поглощение стенками полости даже при их значительной отражательной способности.
В природе подобные условия достаточно хорошо моделируются кавернами и углублениями в пористых и рыхлых поверхностях сыпучих сред.
Наиболее высокой поглощающей способностью, близкой к абсолютно черному телу, обладают нефтяная сажа, бархат, снег, которые поглощают до 95% падающей на них лучистой энергии.
Единицей измерения лучистой энергии служит Дж. Общее количество теплоты, излучаемое поверхностью F в единицу времени, называют лучистым тепловым потоком Q. Величину лучистого теплового потока, отнесенную к единице поверхности, называют поверхностной плотностью лучистого теплового потока или лучеиспускательной способностью
q = Q / F