рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Раздел Образование
/
Законы теплового излучения

Реферат Курсовая Конспект

Выберите учебное заведение

Законы теплового излучения

Законы теплового излучения - раздел Образование, КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ Первоначально термодинамика решала достаточно ограниченный круг задач Законы Теплового Излучения Получены Применительно К Идеальному Абсолютно Черн...

Законы теплового излучения получены применительно к идеальному абсолютно черному телу и к условиям термического равновесия.

4.4.3.1. Закон Планка

Разрабатывая квантовую теорию излучения, М. Планк (1900 г.) теоретически установил зависимость спектральной плотности потока излучения абсолютно черного тела от абсолютной температуры и длины волны:

, (4.91)

где l — длина волны, м;

е — основание натурального логарифма;

с₁=3,74×10^-16, Вт/м² — первая постоянная Планка;

с₂=1,44×10^-2, м×К — вторая постоянная Планка.

Рис. 4.8. Графическое представление закона Планка

На рис. 4.8 дано графическое представление закона Планка. Из приведенных на графике изотерм видно, что интенсивность излучения вначале, на участке у коротких волн, быстро возрастает до максимума, а затем медленно убывает. При одной и той же длине волны интенсивность излучения тем больше, чем больше температура тела.

4.4.3.2. Закон смещения (Вина)

На основе термодинамического рассмотрения черного равновесного излучения В. Вин в 1893 г. установил следующую связь между абсолютной температурой Т и длиной волны λ_макс, которой соответствует максимальная интенсивность излучения:

λ_макс×Т=в=const. (4.92)

Уравнение (4.93) является математической формулировкой закона смещения (Вина), из которого следует, что при увеличении температуры равновесной системы максимум спектральной объемной плотности энергии равновесного излучения (интенсивности излучения) — J₀_λ смещается в сторону более коротких длин волн. Например, для солнечного излучения (Т»6000 К) максимум интенсивности падает на видимый участок спектра (l_макс=0,5 мкм). Для температур, встречающихся в технических устройствах (ниже 2000 К), максимум интенсивности приходится на тепловые (инфракрасные) лучи.

Для того, чтобы определить конкретные значения l_макс при задании различных температур Т, необходимо знать величину «в», называемую постоянной Вина; теоретические исследования Планка позволили произвести независимое определение «в», и, в соответствии с современными данными, ее значение равно: в=2,8978×10^-3 м×К.

Подставляя значение произведения l_макс×Т из (4.92) в формулу Планка (4.91), получим для максимума интенсивности (J₀_l)_макс следующее уравнение:

(J₀_l)_макс=с₃Т⁵ Вт/м³,

где с₃=1,309×10^-5 Вт/(м³×К⁵).

Таким образом, максимальная интенсивность излучения пропорциональна пятой степени температуры абсолютно черного тела.

4.4.3.3. Закон И. Стефана — Л. Больцмана

Закон Стефана — Больцмана устанавливает зависимость плотности потока интегрального полусферического излучения от температуры. Эта зависимость задолго до появления квантовой теории Планка впервые экспериментально (путем измерений собственного излучения модели черного тела) была установлена Стефаном (1879 г.). Позднее (1884 г.) она теоретически (исходя из законов термодинамики) была получена Больцманом. Поэтому закон получил объединенное название Стефана — Больцмана. Закон Стефана — Больцмана для поверхностной плотности потока интегрального излучения Е₀, Вт/м² можно выразить следующим образом:

В результате интегрирования получаем

Е₀=s₀×Т⁴, Вт/м², (4.93)

где s₀=5,67×10^-8, Вт/(м²×К) — константа излучения абсолютно черного тела.

В технических расчетах для удобства пользования константу s₀ увеличивают в 10⁸ раз, а для компенсации в формуле (2.93) температуру делят на 100. Тогда закон Стефана — Больцмана приобретает вид

, (4.94)

где с₀=5,67 Вт/(м²×К⁴) — коэффициент излучения абсолютно черного тела.

Закон Стефана — Больцмана может быть применен и к серым телам. В этом случае используется положение о том, что у серых тел, так же, как и у черных, собственное излучение пропорционально абсолютной температуре в четвертой степени, но энергия излучения меньше, чем энергия излучения черного тела при той же температуре.

Для серых тел этот закон имеет вид

, (4.95)

где ε=Е/Е₀=с/с₀<1 — интегральная степень черноты серого тела представляет собой относительную излучательную способность серого тела.

Таким образом, степень черноты представляет собой отношение излучательной способности реального серого тела к излучательной способности абсолютно черного тела при той же температуре. Степень черноты (относительный коэффициент излучения) серого тела зависит от природы тела, температуры, состояния поверхности и в большинстве случаев определяется экспериментальным путем.

4.4.3.4. Закон Кирхгофа

Закон Кирхгофа устанавливает связь между излучательной и поглощательной способностями тела. В 1860 г. немецким физиком Г. Кирхгофом, исходившим из второго начала териодинамики, теоретически было установлено, что отношение излучательной способности абсолютно черного тела к его поглощательной способности является функцией только длины волны и абсолютной температуры. Эта функция является универсальной для всех тел, находящихся при одинаковой температуре. Исследованиями Кирхгофа было положено начало количественной теории теплового излучения.

Уравнение, выражающее закон Кирхгофа, можно записать в общем виде:

. (4.96)

На основании этого уравнения можно сделать вывод, что для любого тела отношение его излучательной способности к поглощательной способности равно излучательной способности абсолютно черного тела при той же температуре и зависит только от температуры.

Подставляя в уравнение (4.96) вместо значений

, и т.д.

и сокращая обе части равенства на (Т/100)⁴, получим

. (4.97)

Если сравнить уравнения (4.97) и ε=Е/Е₀=с/с₀, то окажется, что А=ε, т. е. поглощательная способность тела и степень черноты численно равны друг другу.

Из уравнения (4.96) вытекает, что излучательная способность всех тел меньше излучательной способности абсолютно черного тела при той же температуре.

Развернуть

Открыть в широком формате

– Конец работы –

Эта тема принадлежит разделу:

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ Первоначально термодинамика решала достаточно ограниченный круг задач

Овладение тепловой энергией позволило человечеству совершить первую... Первоначально термодинамика решала достаточно ограниченный круг задач связанных с чисто практическими расчетами...

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Законы теплового излучения

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

Работа.
Количественное выражение элементарной работы δL в общем виде определяется как произведение проекции Fs силы F на элементарное перемещение точки приложения силы (рис. 3.4).

Газовые смеси
Смесь представляет собой систему тел, химически не взаимодействующих между собой. Структура отдельных компонентов смеси в процессах смесеобразования и стабилизации смеси не изменяется. Раз

Законы идеальных газов
Идеальным газом является газ, подчиняющийся уравнению Клапейрона при любых плотностях и давлениях. 1. Закон Бойля — Мариотта(1622 г.). Если температура газа постоянна, то

Выражение закона сохранения энергии
Первое начало термодинамики — математическое выражение закона сохранения и превращения энергии применительно к тепловым процессам в его наиболее общей форме. Открытию закона сохранения и превращени

Первое начало термодинамики простого тела
Простым телом называют тело, состояние которого вполне определяется двумя независимыми переменными (Р, u; u, t; Р, t). Для таких тел термодинамическая работа определяется как обратимая раб

Закон Майера
Для идеальных газов справедливо утверждение, что внутренняя энергия U и энтальпия h являются функциями только одной температуры (закон Джоуля): U=u(t); h=u+P×u=u(t)+RT=h(t). (3.43)

Принцип существования энтропии идеального газа
Из уравнения первого начала термодинамики для идеального газа посредством деления правой и левой частей на абсолютную температуру Т можно получить выражение для энтропии — новой функции состояния.

Работа в термодинамических процессах
Величина работы определяется, исходя из уравнения этого процесса j (Рu)=0 и уравнения политропы с постоянным показателем. dw = -u×dP dl-dw=P×du+u×dP=d(Pu);

Холодильного коэффициента
Тепловыми машинами в термодинамике называют тепловые двигатели и холодильные машины. Тепловым двигателем принято называть непрерывно действующую систему, осуществляющую прямые круг

Цикл Карно
В 1824 г. французский инженер Карно, исследуя эффективность работы тепловых машин, предложил обратимый цикл, состоящий из 2-х адиабат и 2-х изотерм и осуществляемый между двумя источниками постоянн

Второе начало термодинамики
Наблюдения явлений природы показывают, что все процессы имеют необратимый характер, например: прямой теплообмен между телами, процессы прямого превращения работы в теплоту путем внешнего или внутре

Термодинамические циклы двигателей внутреннего сгорания
Термодинамическими циклами ДВС называются циклы, в которых процессы подвода и отвода тепла осуществляются на изобарах и изохорах (P=idem, V=idem), а процессы сжатия и расширения протекают адиабатич

Циклы поршневых двигателей внутреннего сгорания
а) с подводом теплоты при V=idem (цикл Отто)

Циклы газотурбинных установок
а) цикл с подводом теплоты при V=idem (цикл Гемфри) (рис. 3.19); (3.64)

Газовые смеси
Задача 1. По данным анализа установлен следующий объемный состав природного газа: СН4=96%; С2Н6=3%; С3Н8=0,3%; С4Н

Первое начало термодинамики
Задача 1. При движении природного газа по трубопроводу его параметры изменяются от t1=50°C и P1=5,5 МПа до t2=20°C и P2=3,1 МПа. Средняя

Процессы изменения состояния вещества
Задача 1. 1 кг метана при постоянной температуре t1=20°C и начальном давлении Р1=3,0 МПа сжимается до давления Р2=5,8 МПа. Определить удельный коне

Термодинамические циклы
Задача 1. Определить параметры состояния (Р, V, t) в крайних точках цикла ГТУ простейшей схемы, работающей при следующих исходных данных: начальное давление сжатия Р1=0,

ТЕПЛОПЕРЕДАЧА
4.1.1. Теплопередача, её предмет и метод, формы передачи теплоты Наука, именуемая теплопередачей, изучает законы и формы распределения теплоты в пространстве. В отличие от

Температурное поле
Процесс теплопроводности, как и другие виды теплообмена, может иметь место только при наличии разности температур, согласно второму закону термодинамики. В общем случае этот процесс сопровождается

Температурный градиент
Температурное поле тела характеризуется серией изотермических поверхностей. Под изотермической поверхностью понимают геометрическое место точек температурного поля, имеющих одинако

Тепловой поток. Закон Фурье
Необходимым условием распространения теплоты является неравномерность распределения температуры в рассматриваемой среде, т. е. grad t ¹ 0. В 1807 г. французский математик Фурье высказ

Коэффициент теплопроводности
Коэффициент теплопроводности является физическим параметром вещества, характеризующим его способность проводить теплоту. Из уравнения (4.7) следует, что коэффициент теплопроводности численно равен:

Условия однозначности для процессов теплопроводности
Так как дифференциальное уравнение теплопроводности выведено на основе общих законов физики, то оно характеризует явление теплопроводности в самом общем виде. Поэтому можно сказать, что полученное

Теория размерностей
Теория размерностей используется в том случае, когда нет дифференциального уравнения, описывающего данный процесс. В условиях вынужденной конвекции величина коэффициента теплоотдачи является функци

Теплообмене
№ п/п Наименование величины Показатель степени Размерности к

Теория подобия
При использовании теории подобия необходимо иметь дифференциальное уравнение, описывающее исследуемый процесс. Проводя критериальную обработку этого уравнения, получают состав критериев подобия. Вы

Некоторые случаи теплообмена
Применительно к определенным задачам уравнение (4.67) может быть упрощено. При стационарных процессах теплообмена выпадает критерий Fо и тогда Nu=¦(Re, Gr, Pr). (4.69) В случае вы

Расчетные зависимости конвективного теплообмена
В качестве конкретной формы расчетных уравнений обычно принимается степенная зависимость в виде y = Axm×un×np. (4.73) Она наиболее про

Теплообмен при естественной конвекции
Для расчета коэффициента теплоотдачи в условиях естественной конвекции в большом объеме теплоносителя обычно пользуются критериальной зависимостью вида Nu=C(Gr×Pr)n. (4.75

В трубах и каналах
Интенсивность теплообмена в прямых гладких трубах зависит от режима течения потока, определяемого величиной Re=ωd/ν. Если Re£Reкр, то режим течения ламинарный. При движен

Теплоотдача при поперечном обтекании труб
Процесс теплоотдачи при поперечном обтекании труб имеет особенности, которые обусловлены гидродинамикой движения жидкости вблизи поверхности трубы. Для определения коэффициента теплоотдачи

Виды лучистых потоков
Количество энергии, излучаемое поверхностью тела во всем интервале длин волн (от l=0 до l=¥) в единицу времени, называется интегральным (полным) потоком излучения Q (Вт). Излуч

Особенности излучения паров и реальных газов
Газы, как и твердые тела, обладают способностью излучать и поглощать лучистую энергию, но для различных газов эта способность различна. Одно- и двухатомные газы (кислород, водород, азот и др.) для

Оптимизация (регулирование) процесса теплопередачи
В технике встречаются два вида задач, связанных с регулированием процесса теплопередачи. Один вид задач связан с необходимостью уменьшения количества передаваемой теплоты (тепловых потерь), т. е. с

Теплопередача при переменных температурах
(расчет теплообменных аппаратов) Теплообменным аппаратом (ТА) называется устройство, предназначенное для передачи теплоты от одной среды к другой. Общие вопросы по ТА дост