تبادل الحرارة المشع بين الجثث في الوسط الشفاف (درجة منخفضة من النظام الأسود، حساب تبادل الحرارة، طرق الحد من أو زيادة شدة تبادل الحرارة).

شاشات

في مختلف مجالات التكنولوجيا، هناك غالبا ما تكون هناك حالات مطلوبة لتقليل انتقال الحرارة عن طريق الإشعاع. على سبيل المثال، تحتاج إلى حماية العمال من عمل أشعة الحرارة في ورش العمل، حيث توجد أسطح مع درجات حرارة عالية. في حالات أخرى، من الضروري حماية الأجزاء الخشبية للمباني من قوة الطاقة من أجل منع الإشعال؛ يجب أن تكون محمية من موازين طاقة الطاقة المشع، نظرا لإخلاء قراءات غير صحيحة. لذلك، فهي دائما عندما يكون من الضروري الحد من انتقال الحرارة عن طريق الإشعاع، واللجوء إلى تثبيت الشاشات. عادة ما تكون الشاشة ورقة معدنية رفيعة مع قدرة عاكسة كبيرة. درجات حرارة كلا سطوح الشاشة يمكن اعتبارها هي نفسها.

النظر في عمل الشاشة بين اثنين من الأسطح الموازية على الحدود المسطحة، مع نقل الحمل الحراري إلى إهمالها. سطح الجدران والشاشة التي نعتبرها نفسها. يتم دعم درجة حرارة الجدران T 1 و T 2 بواسطة ثابت، مع T 1\u003e T 2. نفترض أن معاملات رضويات الجدران والشاشة مساوية لبعضها البعض. ثم تقلص معاملات الإشعاع بين الأسطح دون الشاشة، بين السطح الأول والشاشة، الشاشة والسطح الثاني تساوي بعضها البعض.

التدفق الحراري الذي تم إرساله من السطح الأول إلى الثاني (بدون شاشة)، حدد من المعادلة

تدفق الحرارة المرسلة من السطح الأول إلى الشاشة، نجد الصيغة

ومن الشاشة إلى السطح الثاني عن طريق المعادلة

مع حالة حرارية ثابتة Q 1 \u003d Q 2، لذلك

من عند

استبدال درجة حرارة الشاشة الناتجة إلى أي من المعادلات، نحصل عليها

مقارنة المعادلات الأولى والأخيرة، نجد أن تثبيت شاشة واحدة تحت الشروط التي اتخذت تقلل من نقل الحرارة عن طريق الانبعاثات بمقدار النصف:

(29-19)

يمكن إثبات أن تثبيت شاشتين يقلل من نقل الحرارة ثلاثة أضعاف، ويقلل تثبيت ثلاث شاشات من نقل الحرارة في أربعة، وما إلى ذلك. يتم الحصول على التأثير الكبير لتقليل تبادل الحرارة بواسطة الإشعاع عند تطبيق شاشة معدنية مصقولة، ثم

(29-20)

حيث مع "العلاقات العامة - معامل الإشعاع المخفض بين السطح والشاشة؛

مع العلاقات العامة - مخفض معامل الإشعاع بين الأسطح.

إشعاع الغاز

يختلف الإشعاع للهيئات الغازية بشكل حاد عن الانبعاثات الصلبة. غازات الغازات المنطقية وثاني أكسيد الأثاثاء لديها قدرة مضحكة وإمتصاصها. تعتبر هذه الغازات شفافة للأشعة الحرارية. الغازات الثلاثية (CO 2 و H 2 O، وما إلى ذلك) والبوليهات لديها بالفعل باعث كبير، وبالتالي امتصاص القدرة. عند ارتفاع درجات الحرارة، فإن الإشعاع للغازات الثلاثية التي تم تشكيلها أثناء احتراق الوقود أهمية كبيرة لتشغيل أجهزة المبادلات الحرارية. أطياف الإشعاع من الغازات التروشيه، على عكس إشعاع الأجسام الرمادية، لديها شخصية واضحة (انتقائية) بشكل حاد. يتم امتصاص هذه الغازات وإشعاعها مع طاقة مشعة فقط في فترات طول موجة معينة تقع في أجزاء مختلفة من الطيف (الشكل 29-6). للأشعة بأطوال موجية أخرى، هذه الغازات شفافة. عندما تجتمع شعاع

في طريقه إلى طريق طبقة من الغاز القادرة على امتصاص شعاع الطول الموجي مع معين، فإن هذه الحزمة تمتص جزئيا، يمر جزئيا من خلال سمك الغاز والأوراق على الجانب الآخر من الطبقة مع شدة أقل من عند الدخول. يمكن أن تمتص طبقة سمك كبير جدا الحزمة بأكملها تقريبا. بالإضافة إلى ذلك، تعتمد قدرة الامتصاص للغاز على ضغطها الجزئي أو عدد الجزيئات ودرجة الحرارة. يحدث الإشعاع وامتصاص الطاقة المشعة في الغازات في جميع أنحاء الحجم.

يمكن تحديد معامل امتصاص الغاز من خلال الاعتماد التالي:

أو معادلة مشتركة

يعتمد سمك طبقة الغاز S على شكل الجسم ويتم تعريفه على أنه متوسط \u200b\u200bطول الشعاع على طول الجدول التجريبي.

عادة ما يتم ضبط ضغط منتجات الاحتراق تساوي شريط واحد، لذلك يتم تحديد الضغط الجزئي للغازات العجلة في الخليط بواسطة المعادلات P CO2، \u003d R CO2، و PH 2 O \u003d RH 2 O، حيث R هو جزء حجم الغاز.

يتم حساب متوسط \u200b\u200bدرجة حرارة الجدار بواسطة المعادلة

(29-21).

حيث T "ST - درجة حرارة جدار القناة عند مدخل الغاز؛ T" C T - درجة حرارة جدار القناة في منفذ الغاز.

يتم تحديد متوسط \u200b\u200bدرجة حرارة الغاز من قبل الصيغة

(29-22)

حيث T "G هي درجة حرارة الغاز عند مدخل القناة؛

T "" درجة حرارة الغاز P - عند الخروج من القناة؛

تؤخذ علامة الجمع في حالة التبريد، و "ناقص" - في حالة غاز التدفئة في القناة.

حساب تبادل الحرارة من خلال الإشعاع بين الغاز وجدران القناة معقدة للغاية ويتم تنفيذه باستخدام عدد من الرسوم البيانية والجداول. تم تصميم طريقة حسابية أكثر بساطة وموثوقية من قبل كومة، والتي تقدم المعادلات التالية التي تحدد إشعاع الغازات يوم الأربعاء بدرجة حرارة من ° K:

(29-23)

(29-24) حيث R - ضغط الغاز الجزئي، شريط؛ S هو متوسط \u200b\u200bسمك طبقة الغاز، م، ر - متوسط \u200b\u200bدرجة حرارة الغازات والجدران، ° K. يوضح تحليل المعادلات المعينة أن القدرة الإشعاعية للغازات لا تطيع قانون ستيفن - بولتزمان. إشعاع بخار الماء يتناسب مع T 3، وإشعاع ثاني أكسيد الكربون - G 3 "5.

لوضع صفية

T.
امتصاص 6.

T (46) معايير إلكترونية من الهواء الجاف

في ضغط 101.3 · 10³

للنظام المضطرب

أين λ م. - الموصلية الحرارية للغاز، يمكن اختيارها من الجدول. 6؛ ن. أنا. - معامل، مع مراعاة اتجاه سطح القضية:

8. تحديد الموصلية الحرارية σ ك بين سطح القضية و

حول الدوران المتوسط:

أين س. ن، س. في، س. ب - مساحة الأسطح المنخفضة والعليا والمجازية للجسم كتلة، على التوالي؛

س. ن \u003d. س. في \u003d. ل. واحد · ل. 2 ;س. ب \u003d 2. ل. 3 (ل. 1 +ل. 2).

بالنسبة لإزالة الحرارة الأكثر كفاءة، غالبا ما يتم استخدام كتل Ivep مع الأسطح الوخيمة. إذا تم تعيين المصمم على تسخين الحساب الحراري لهذا النوع من وحدة امدادات الطاقة الثانوية، فمن الضروري أيضا تحديد تحديد معامل التبادل الحراري الفعال α EF أنا.السطح الذي يعتمد على تصميم الأضلاع وممارسة يد الحال بالنسبة للبيئة. يتم تعريف α EF أنا بالطريقة نفسها عند حساب مشعات (انظر حساب المشعات والفقرة 5.5).

بعد تحديد معامل التبادل الحراري الفعال α EF I، التحويلات إلى حساب الموصلية الحرارية للسكن بأكمله σ ك، الذي يتكون من كمية غير الزعنفة σ إلى 0 والزعانف σ إلى P الأسطح:

g.
في σ يتم احتساب K 0 بواسطة الصيغة (47)، ولكن باستثناء السطح الزعبي؛

g.
في س. PI هي المنطقة الأساسية للسطح الزعبي؛ ن. أنا معامل يأخذ في الاعتبار توجيه هذا السطح.

9. احسب ارتفاع درجة الحرارة من كتلة Ivep في التقريب الثاني θ K0:

g.
في ل KP - معامل اعتمادا على جسم كتلة ثقب ل ص؛ ل H1 هو معامل الضغط البيئي في الغلاف الجوي.

الجدول الذي يمكنك تحديد المعامل ل H1، موضح في الشكل. 9، ومعامل ل KP في الشكل. أربعة عشرة.

يتم تحديد معامل ثقب بواسطة (11) - (13)، ووفقا للجدول المعروض في الشكل. ثمانية.

10. تحديد خطأ الحساب:

هيا
إذا δ ≤ 0.1، فيمكن اعتبار الحساب كاملة. خلاف ذلك، يجب تكرار حساب درجة حرارة وحدة امدادات الطاقة الثانوية لقيمة أخرى. θ ك تعديل إلى الجانب θ إلى 0.

11. احسب درجة حرارة جسم الكتلة:

ن.
وهذه هي المرحلة الأولى من حساب النظام الحراري لكتل \u200b\u200bIvep.

المرحلة 2. تحديد درجة حرارة منتصف السطح للمنطقة الساخنة.

1. احسب قوة سطح محددة مشروطة س: Z منطقة كتلة ساخنة حسب الفورمولا (19).

2. من الرسم البياني في الشكل. 7 ابحث عن ارتفاع درجة الحرارة في التقريب الأول θ بالنسبة إلى درجة الحرارة المحيطة بالوحدة المتوسطة.

3. تحديد معاملات نقل الحرارة عن طريق الإشعاع بين α α zln، العلوي α zlv والأسطح α α zlb للمنطقة الساخنة والجسم:

أين ε ص الأول - درجة الأسود أنا.الأسطح ساخنة المنطقة والسكن:

ε أنا أنا س. z.
أنا - درجة من الأسود والساحة أنا.السطح المنطقة الساخنة.

رديئة iP. خمسة عشر

4. لتحديد درجة الحرارة t. م \u003d ( t. K +. t. 0 +θ ح) / 2 وتحديد الحجم حاء أجد عدد Grasgogr Hi و Prandtlapr (صيغة (43) والجدول 6).

5. احسب معاملات تبادل الحرارة الحراري بين المنطقة الساخنة والحالة لكل سطح؛

للسطح السفلي

بالنسبة للسطح العلوي

د. لا الجانب السطح

6وبعد نحدد الموصلية الحرارية σ zk بين المنطقة السخونة والقضية:

g.
في ل σ هو معامل مع الأخذ في الاعتبار تبادل الحرارة الموصل:

σ - تعتمد الحرارية المحددة الرائدة من الوحدات النمطية إلى جسم الكتلة على قوة اللقطات إلى الجسم (الشكل 15)؛ في غياب اللصق σ \u003d 240 واط / (م 2 · ك)؛ س. λ هو مجال اتصال إطار الوحدة النمطية مع كتلة كتلة.

الجدول 7.

الخصائص الحرارية للمواد

7. احسب تسخين المنطقة الساخنة θ Z0 في التقريب الثاني:

g.
في ك. W - تحديد الرسومات المصنفة في الشكل. أحد عشر؛ ك. H2 - تحديد في الجدول الزمني (الشكل 10).

8. تحديد خطأ الحساب

هيا
إذا δ.< 0,1, то расчет окончен. При δ ≥ 0,1 следует повторить расчет для скорректированного значенияθ س.

9. احسب درجة حرارة المنطقة الساخنة

هيا
اضغط 3. حساب درجة حرارة سطح المكون في تكوين نظام Ivep

نقدم تسلسل الحساب المطلوب لتحديد درجة حرارة مكون المكون المثبت في المستوى الأول من الخلاف.

1. تحديد معامل الموصلية الحرارية المكافئة للوحدة النمطية التي يوجد بها المكون، على سبيل المثال، microcircuit للخيارات التالية:

في غياب الإطارات التي تعمل بالحرارة، λ EQ \u003d λ n، حيث λ n هي الموصلية الحرارية لقاعدة قاعدة اللوحة؛

مع الإطارات التي تجري الحرارة

g. دي λ W - الموصلية الحرارية من مواد الإطارات الحرارية. الخامس. P هو حجم لوحة الدوائر المطبوعة، مع مراعاة حجم الإطارات التي تعمل بالحرارة؛ الخامس. W - حجم الإطارات التي تعمل بالحرارة على لوحة الدوائر المطبوعة؛ أ.- معامل السطح لملء وحدة الوحدة النمطية مع الإطارات التي تعمل بالحرارة:

g.
في س. W هو منطقة إجمالية تشغلها الإطارات التي تعمل بالحرارة على لوحة الدوائر المطبوعة.

في علامة التبويب. 7 يظهر المعايير الحرارية لبعض المواد.

2. تحديد دائرة نصف قطرها المكافئة للسكن Microcircuit:

g.
في س. o ISS - المنطقة الأساسية للرقاقة.

3. احسب معامل انتشار تدفق الحرارة:

g.
dE α 1 و α 2 - معاملات تبادل الحرارة من الجانبين الأول والثاني لوحات الدوائر المطبوعة؛ لتبادل الحرارة الطبيعية

δ P.
- سمك لوحة الدوائر في الوحدة النمطية.

4وبعد تحديد ارتفاع درجة الحرارة المرغوبة لسطح الإسكان microcircuit:

أين فيو م.- القيم الشرطية التي تم تقديمها لتبسيط شكل التسجيل: مع الموقع الأحادي لمرفقات الدوائر الصغيرة من جانب واحد على لوحة الدوائر المطبوعة في\u003d 8.5π. رديئة 2 ث / ك، م.\u003d 2؛ مع الموقع على الوجهين في= 0,م.= 1;ل- معامل تجريبي: لقضايا رقاقة، سيكون مركزه من طرفي لوحة الدوائر المطبوعة على مسافة أقل من 3 رديئة,ل\u003d 1.14؛ بالنسبة للأكرور الصغيرة، ستكون مركزها من طرفي لوحة الدوائر المطبوعة على مسافة أكثر من 3 رديئة,ل= 1;ل α - يتم تحديد معامل نقل الحرارة من مرفقات microcircuit بواسطة الرسومات المصنفة في الشكل. السادس عشر؛ ل 1 أولا ل 0 - وظائف بيسيل المعدلة؛ ن. - عدد أنا.يدير البطاط الأساسي الموجود على مسافة لا يزيد عن 10 / م.، بمعنى آخر رديئة أنا 10. م.; Δ t. ب - ارتفاع درجة الحرارة المتوسطة تقاسم في الكتلة:

س:
IMS I - السلطة تبدد أنا.فرخة؛ س. أنا - الجانب الإجمالي السطح أنا.الدجاج؛ δ з i - فجوة بين رقاقة ورسوم؛ λ з и и - معامل الموصلية الحرارية للمواد هذه الفجوة.

5. تحديد درجة حرارة السطح للسكن الدقيقة:

P
يمكن استخدام الخوارزمية المذكورة أعلاه لحساب درجة حرارة microcircuit لأي مكون منفصل آخر يمثل جزءا من وحدة امدادات الطاقة الثانوية. في هذه الحالة، يمكن اعتبار المكون المنفصل رقاقة مع مصدر حرارة محلي على اللوحة، وأدخل القيم المقابلة لمعلمات الهندسية في المعادلة (60) - (63).

الغرض من العمل

التعارف مع منهجية التجارب لتحديد درجة السطح الأسود للجسم.

تطوير المهارات التجريبية.

المهمة

تحديد درجة سوداء ε ومعامل الإشعاع من أسطح 2 مواد مختلفة (مرسومة النحاس والصلب المصقول).

اضبط اعتماد التغييرات في درجة اللون الأسود على درجة حرارة السطح.

قارن قيمة درجة سوداء من النحاس المطلية والصلب المصقول فيما بينها.

الإدارة النظرية

الإشعاع الحراري هو عملية نقل الطاقة الحرارية عن طريق الأمواج الكهرومغناطيسية. يعتمد مقدار الحرارة التي يرسلها الإشعاع على خصائص الجسم الباعث ودرجة حرارتها ولا يعتمد على درجة حرارة الهيئات المحيطة.

في الحالة العامة، يتم امتصاص الدفق الحراري على الجسم جزئيا، ينعكس جزئيا وجزئيا عبر الجسم (الشكل 1.1).

تين. 1.1. مخطط توزيع الطاقة المشع

(2)

أين - تدفق الحرارة يسقط على الجسم،

- كمية الحرارة التي يمتصها الجسم،

- كمية الحرارة تنعكس من الجسم،

- مقدار الحرارة التي تمر عبر الجسم.

نقسم الأجزاء اليمنى واليسرى على تدفق الحرارة:

قيم
وتسمى على التوالي: امتصاص سعة نقل وعاكس وجسم.

اذا كان
T.
وبعد يتم امتصاص تدفق الحرارة بأكملها على الجسم. هذا الجسم يسمى أسود تماما .

الهيئات التي
,
أولئك. ينعكس التدفق الحراري الكامل على الجسم، ودعا أبيض . في الوقت نفسه، إذا كان الانعكاس من السطح يخضع لقوانين البصريات في الجسم معكوسة - إذا كان الانعكاس المنتشر – أبيض تماما .

الهيئات التي
,
أولئك. تتبع الدفق الحراري بالكامل يسقط على الجسم، ودعا dathermic أو شفافة تماما .

لا توجد أجسام مطلقة في الطبيعة، لكن مفهوم هذه الهيئات مفيد للغاية، خاصة حول الجسم الأسود تماما، لأن القوانين التي تسيطر عليها الإشعاع بسيطة بشكل خاص، لأنه لا ينعكس أي إشعاع من سطحه.

بالإضافة إلى ذلك، فإن مفهوم الهيئات السوداء تماما يجعل من الممكن إثبات أنه لا توجد هذه الهيئات في الطبيعة التي تنبعث منها الحرارة أكثر من الأسود.

على سبيل المثال، وفقا لقانون كيرشوف، نسبة انبعاث الجسم وقدرة امتصاصها على قدم المساواة بالنسبة لجميع الجثث ويعتمد فقط على درجة الحرارة، لجميع الجثث، بما في ذلك الأسود تماما، في درجة حرارة معينة:

(3)

منذ قدرة امتصاص الأجسام السوداء تماما
لكن و إلخ. دائما أقل من 1، ثم من قانون Kirchhoff، يتبع ذلك الحد الأقصى للقدرة الإشعاعية لديها جسم أسود تماما. نظرا لعدم وجود أجسام سوداء تماما، فإن مفهوم الجسم الرمادي يتم تقديمه، ودرجةها من الأسود ε، وهو نسبة القدرة الإشعاعية للأجسام الرمادية والأجسام السوداء تماما:

بعد قانون كيرشهوف والنظر في ذلك
يمكن تسجيلها
من عند
أولئك وبعد درجة اللون الأسود يميز كل من الاعتقاد النسبي وقدرة الامتصاص للجسم وبعد القوة الرئيسية للإشعاع التي تعكس اعتماد شدة الإشعاع
دعا إلى هذه النطاق من الأطوال الموجية (الإشعاع أحادي اللون) هو قانون لوح.

(4)

أين - الطول الموجي، [م]؛

;

و - اللوح الأول والثاني العادي.

في التين. 1.2 تمثل هذه المعادلة بيانيا.

تين. 1.2. عرض الرسوم البيانية لقانون اللوح

كما يتضح من الرسم البياني، يشع الجسم الأسود تماما في أي درجة حرارة في مجموعة واسعة من الأطوال الموجية. مع زيادة درجة الحرارة، تحولات كثافة الإشعاع القصوى نحو الأمواج الأقصر. يوصف هذا الظاهرة قانون النبيذ:

أين
- الطول الموجي المقابل بحد أقصى شدة الإشعاع.

في القيم
بدلا من قانون بلانك، من الممكن تطبيق قانون الجينز التتابع، والذي يرتدي أيضا اسم "قانون الطول الموجي الطويل":

(6)

شدة الإشعاع المنسوبة إلى فاصل الطول الموجي بأكمله من
قبل
(الإشعاع التكامل)، يمكن تحديدها من خطة الخطة من خلال دمج:

حيث - معامل الإشعاع للجسم الأسود تماما. يسمى التعبير قانون ستين بولتزمان، الذي أنشأه بولتزمان. بالنسبة للأجسام الرمادية، تتم كتابة قانون ستيفان بولتزماننا في النموذج:

(8)

- قدرة الجسم الرمادي الماهرية. يتم تحديد نقل الحرارة من خلال الإشعاع بين السطوحين على أساس قانون ستيفن بولتزمان ولديه النموذج:

(9)

اذا كان
، ثم تصبح درجة السوداء تساوي درجة السطح الأسود وبعد
وبعد يستند هذا الظروف إلى طريقة تحديد القدرة الإشعاعية ودرجة الأجسام السوداء التي لها أحجام طفيفة مقارنة بالهيئات التي يتم تبادلها مع طاقة مشعة

(10)

(11)

كما يمكن أن ينظر إليها من الصيغة، تقدير درجة القدرة السوداء والإضعة من عنديحتاج الجسم الرمادي لمعرفة درجة حرارة السطح اختبار الجسم، درجة الحرارة البيئة والتيار الحراري المشع من سطح الجسم
وبعد درجة حرارة و يمكن قياسها من خلال الأساليب المعروفة. ويتم تحديد الدفق الحراري المشع من الاعتبارات التالية.

إن انتشار الحرارة من سطح الجثث في المساحة المحيطة يرجع إلى إشعاع ونقل الحرارة في الحمل الحراري المجاني. تدفق كامل من سطح الجسم، وبالتالي سيكون مساويا:

من عند!
;

- العنصر النقابي في تدفق الحرارة، والذي يمكن تحديده بموجب قانون نيوتن ريتشانا:

(12)

بدوره، معامل نقل الحرارة يمكن تحديدها من التعبير:

(13)

درجة الحرارة الحاسمة في هذه التعبيرات هي درجة حرارة طبقة الحدود:

تين. 2 مخطط التثبيت التجريبي

أسطورة:

في التبديل؛

P1، P2 - منظمات الجهد؛

PW1، PW2 - عدادات الطاقة (Wattmeters)؛

NE1، NE2 - عناصر التدفئة؛

IT1، IT2 - عدادات درجة الحرارة؛

T1، T2، إلخ. - الحرارية.

دراسة الإشعاع الحراري. تحديد درجة مصابيح التنغستن السوداء من المتوهجة

3.1 الإشعاع الحراري وخصائصه

الجثث تسخين درجات حرارة عالية بما فيه الكفاية قادرة على تنبعث من الأمواج الكهرومغناطيسية. حصلت جثث الوهج المرتبطة بالتدفئة على اسم الإشعاع الحراري. هذا الإشعاع هو الأكثر شيوعا في الطبيعة. يمكن أن يكون الإشعاع الحراري التوازن، أي قد يكون في حالة توازن الديناميكا الحراري مع مادة في نظام مغلق (معزول). السمة الطيفية الكمي للإشعاع الحراري هي الكثافة الطيفية لمعان الطاقة (القدرة الإشعاعية):

حيث الكثافة الطيفية لمعان الطاقة؛ - طاقة الإشعاع الكهرومغناطيسي المنبعث لكل وحدة من الوقت من وحدة مساحة سطح الجسم في نطاق الطول الموجي من؛

إن سمة الطاقة الإجمالية للإشعاع الحراري من وحدة مساحة سطح الجسم في جميع أنحاء فترات الطول الموجي من خدمة لمعان الطاقة (لمعان الطاقة المتكامل):

3.2. بلانك الصيغة والقوانين الإشعاع الحراري للجسم الأسود

قانون ستيفن بولتزمان

في عام 1900، دفعت الطائرة الفرضية، وفقا لأظاهرة الذرية تنبعث منها الطاقة غير المستمرة، والأجزاء من كوانا. وفقا لفرضية اللوحات، يتم تحديد الكثافة الطيفية لمعان الطاقة من خلال الصيغة التالية:

. (3)

من صيغة اللوحية، يمكنك الحصول على تعبير عن لمعان الطاقة. نحن نبئ قيمة الكثافة الطيفية لمعان الطاقة من الجسم من الصيغة (3) في التعبير (2):

(4)

لحساب التكامل (4)، نقدم متغير جديد. من هنا؛ وبعد يتم تحويل الفورمولا (4) إلى الذهن:

مثل ، سيكون التعبير (5) لمعان الطاقة النموذج التالي:

. (6)

النسبة (6) هي قانون ستيفن بولتزمان، حيث ستيفن بولتزمان المستمر ث / (م 2 إلى 4).

ومن هنا فإن تعريف قانون ستيفن بولتزمان:

إن لمعان الطاقة من الجسم الأسود تماما يتناسب مباشرة مع الدرجة الرابعة من درجة الحرارة المطلقة.

في نظرية الإشعاع الحراري، إلى جانب نموذج الجسم الأسود، غالبا ما يستخدمه مفهوم جسم رمادي. يسمى الجسم الرمادي إذا كان معامل امتصاصه هو نفسه لجميع الأطوال الموجية ويعتمد على درجة حرارة وحالة السطح. بالنسبة للجسم الرمادي، فإن قانون ستيفان بولتزماننا لديه الشكل:

أين هو معامل الإشعاع باعث الحرارة (معامل أسود).

· قانون النبيذ الأول (قانون نزوح النبيذ)

نحن نبحث في العلاقة (3) على التطرف. للقيام بذلك، نحدد أول مشتق الكثافة الطيفية على طول الطول الموجي ومساواة ذلك إلى الصفر.

. (8)

نحن نقدم متغير. ثم نحصل على المعادلة (8):

. (9)

يتم حل المعادلة التجاوزية (9) بشكل عام من خلال طريقة التقريبات المتتالية. نظرا لدرجات الحرارة الحقيقية، يمكنك العثور على حل أبسط من المعادلة (9). في الواقع، في الوقت نفسه، يتم تبسيط النسبة (9) وتأخذ النموذج:

الذي لديه حل في. لذلك

يؤدي الحل الأكثر دقة من المعادلة (9) من خلال طريقة التقريبات المتتالية إلى الاعتماد التالي:

, (10)

أين MK.

تنطوي النسبة (10) على تعريف القانون الأول للنبيذ (قانون النزوح الجنائي).

الطول الموجي المقابل إلى الحد الأقصى الكثافة الطيفية لمعان الطاقة في درجة حرارة الانعكاس للجسم.

كانت القيمة اسم القانون الثابت للجناح التحيز.

· القانون الثاني للنبيذ

نحن نحل محل القيمة من المعادلة (10) إلى التعبير عن الكثافة الطيفية لمعان الطاقة (3). ثم نحصل على الحد الأقصى للكثافة الطيفية:

, (11)

أين ث / م 2 إلى 5.

من النسبة (11) يعني تعريف القانون الثاني للنبيذ.

الحد الأقصى للكثافة الطيفية لمعان الطاقة من الجسم الأسود تماما يتناسب مباشرة مع الدرجة الخامسة من درجة الحرارة المطلقة.

كانت القيمة اسم الدائم للقانون الثاني للنبيذ.

يوضح الشكل 1 اعتماد الكثافة الطيفية لمعان الطاقة من الطول الموجي لبعض الجسم في درجات حرارة مختلفة. بزيادة درجة الحرارة، ينبغي أن تزداد المنطقة تحت منحنيات الكثافة الطيفية بما يتناسب مع درجة الحرارة الرابعة وفقا لقانون ستيفان بولتزمان، الطول الموجي المقابل إلى الحد الأقصى من الكثافة الطيفية لتقليل درجة الحرارة إلى الوراء وفقا ل يزيد قانون تشريد النبيذ والقيمة القصوى للكثافة الطيفية مباشرة القانون الثاني للنبيذ.

الصورة 1

4. الآلات والاكسسوارات. وصف التثبيت

في هذا العمل، تستخدم المصابيح الكهربائية ذات الطاقة المختلفة (25 و 60 و 75 و 100 واط) كهيئة مشعة. لتحديد درجة حرارة مؤشر الترابط لمصابيح الضوء المتوهجة، تتم إزالة خصائص الفولتامبر، وفقا له حجم المقاومة الثابتة () من الخيط المتوهج يتم تحديد ويتم حساب درجة حرارته. يوضح الشكل 2 السمة الفولونية النموذجية للمصباح المتوهج. يمكن ملاحظة أنه في القيم الحالية المنخفضة، يعتمد الخطي الحالي على الجهد المطبق والمرور المباشرة المقابلة من خلال أصل الإحداثيات. مع زيادة أخرى في الحالية، يتم تسخين مؤشر ترابط الحرارة، ويزيد مقاومة المصباح وانحراف مميزة الفولتامبر من الاعتماد الخطي الذي يمر عبر الأصل. للحفاظ على الحالية مع مقاومة أكبر، مطلوب المزيد من الجهد. المقاومة التفاضلية للمصباح تنخفض رتابة، ثم تأخذ قيمة ثابتة تقريبا وخصائص الفولافية ككل غير خطي. بالنظر إلى أن الطاقة المستهلكة للطاقة تتم إزالتها عن طريق الإشعاع، فمن الممكن تحديد معامل سوداء سوداء المصباح أو تقدير Stephen Boltzmann ثابت من الصيغة:

, (12)

أين تقع منطقة خيوط المصباح؛ - درجة من الأسود؛ - ستيفن بولستزمان الدائم.

من الصيغة (12)، من الممكن تحديد معامل سوداء خيوط المصباح الكهربائي.

. (13)

الشكل 2.

يوضح الشكل 3 نظام التركيب الكهربائي لإزالة الخصائص الفولمية للمصباح، وتحديد مقاومة الخيط ودرجة حرارتها ودراسة قوانين الإشعاع الحراري. تم تصميم مفاتيح إلى 1 و K 2 لتوصيل الأدوات الكهربائية بالحدود المطلوبة للقياس والجهد الحالي.

يتم توصيل المقاومة المتغيرة لدائرة التيار المتردد مع جهد شبكة 220V من خلال مخطط جهد يوفر تغييرا سلسا للجهد من 0 إلى 220 خامسا.

يعتمد تحديد درجة حرارة الصفحات المتوهجة على الاعتماد المعروف للمقاومة المعدنية من درجة الحرارة:

أين - مقاومة الصفحات المتوهجة عند 0 0؛ - معامل درجة الحرارة من مقاومة التنغستن، 1 / \u200b\u200bحائل.

الشكل 3.

نحن نكتب التعبير (14) لدرجة حرارة الغرفة.

. (15)

تقاسم التعبير (14) على (15)، نحصل على:

من هنا نحدد درجة حرارة الموضوع المتوهج:

. (17)

وبالتالي، فإن معرفة المقاومة الثابتة للخيط المتوهج في غياب تيار في درجة حرارة الغرفة ومقاومة الخيط أثناء التدفق الحالي يمكن تحديد درجة حرارة الخيط. عند إجراء العمل، يتم قياس المقاومة في درجة حرارة الغرفة بواسطة جهاز قياس كهربائي رقمي (اختبار)، يتم احتساب مقاومة الخيط المتوهجة الثابتة بموجب قانون OMA

6. إجراءات أداء العمل

1. قم بفك المصباح المتوهج من الخرطوشة واستخدام مقياس كهربائي رقمي لتحديد مقاومة مؤشر الترابط لمصباح كهربائي اختبار في درجة حرارة الغرفة. سجل نتائج القياس في الجدول 1.

2. المسمار المصباح في الخرطوشة، وإزالة مصباح الفولتامبر المميزة (الاعتماد على جهد الجهد). القوى الحالية قياس كل 5 مللي أمبير بعد التعرض القصير لمدة 2-5 دقائق. يتم تسجيل نتائج القياس في الجدول 1.

3. احسب الصيغة (18) و (17) مقاومة ودرجة حرارة الموضوع في 0 ج و K.

4. احسب الصيغة (13) في معامل سوداء سهلك. نتائج حساب الكتابة في الجدول 1.

البيانات التجريبية لحساب معامل أسود

الجدول 1

5. وفقا للجدول 1، قم ببناء مصباح خاصية الفولافية والاعتماد على المقاومة والمعامل الأسود لدرجة الحرارة والقوة.

قانون بلانك. كثافة الإشعاع للجسم الأسود تماما أنا SL وأي هيئة حقيقية أعتمد على الطول الموجي.

جسم أسود تماما مع هذا يأكل أشعة جميع الأطوال الموجية IL \u003d 0 إلى l \u003d. إذا كان ذلك بطريقة ما لفصل الأشعة بأطوال موجية مختلفة من بعضها البعض وقياس طاقة كل شعاع، فإنه اتضح أن توزيع الطاقة على طول الطيف يختلف.

مع زيادة الطول الموجي، تزداد طاقة الأشعة، بطول معين، وتصل الموجة إلى الحد الأقصى، ثم النقص. بالإضافة إلى ذلك، بالنسبة لحزن نفس الطول الموجي، تزداد طاقةها بزيادة في الجسم ينبعث الأشعة (الشكل 11.1).

أنشأت بلانك القانون التالي لتغيير شدة انبعاث الجسم الأسود تماما اعتمادا على الطول الموجي:

أنا SL \u003d C 1 L -5 / (E C / (L T) - 1)، (11.5)

استبدال في المعادلة (11.7) قانون اللوحين والاندمج من من L \u003d 0 إلى L \u003d، نجد أن الإشعاع المتكامل (التدفق الحراري) من الجسم الأسود تماما يتناسب مباشرة مع الدرجة الرابعة من المطلق (ستيفن قانون البطولة).

E S \u003d C (T / 100) 4، (11.8)

حيث مع S \u003d 5.67 W / (M 2 * K 4) - معامل الإشعاع للجسم الأسود تماما

مشاريع في الشكل 11.1. ليس من الصعب أن تلاحظ كمية الطاقة المقابلة للجزء المضيء من الطيف (0.4-0.8 MK) أنها صغيرة جدا مقابل منخفضة مقارنة مع طاقة الإشعاع المتكامل. فقط في الشمس ~ 6000K، طاقة الأشعة الخفيفة حوالي 50٪ من الطاقة بأكملها من الإشعاع الأسود.

جميع الجثث الحقيقية المستخدمة في هذه التقنية ليست سوداء تماما وفي الوقت نفسه تنبعث منها طاقة أقل من الجسم الأسود تماما. تعتمد إشعاع الجثث الحقيقية أيضا على الطول الموجي. من أجل أن يتم تطبيق قوانين الإشعاع من الجسم الأسود على الهيئات الحقيقية، يتم تقديم مفهوم الجسم والإشعاع. تحت الإشعاع، من المفهوم على هذا النحو، مما يشبه إشعاع الجسم الأسود لديه طيف قوي، ولكن شدة الأشعة لكل الطول الموجي الأول مع أي تشكل حصة ثابتة من شدة انبعاثها الجسم الأسود أنا SL، أي هناك علاقة:

أنا l / i sl \u003d e \u003d const. (11.9)

وتسمى قيمة E درجة من الأسود. ذلك يعتمد على الخصائص الفيزيائية للجسم. درجة الهيئات السوداء دائما أقل من واحد.

قانون كيرشوف. بالنسبة لكل هيئة، تعتمد قدرات الإشعاع والاسمأم على الطول الموجي. تتمتع الهيئات المختلفة بمعنى مختلفة E و A. يتم تأسيس الاعتماد بينهما من قبل قانون Circhoff:

E \u003d E S * A أو E / A \u003d E S \u003d E S / A S \u003d C S * (T / 100) 4. (11.11)

إن نسبة القدرة الترفيهية للجسم (ه) إلى حكمها من قدرة تجنيبها (أ) على قدم المساواة بالنسبة لجميع الهيئات الموجودة في نفسها والتي تساوي القدرة المتناثرة على جسم أسود تماما مع نفسه.

من قانون كيرشوف، يتبع ذلك إذا كان الجسم لديه قدرة امتصاص صغيرة، فإنه يمتلك في وقت واحد من القدرة المنخفضة المنخفضة (مصقول). جسم أسود تماما، الذي يحتوي على أقصى قدر من القدرة على الامتصاص، لديه أكبر قدر من القدرة الإشعاعية.

لا يزال قانون كيرشوجا عادلا للإشعاع أحادي اللون. إن نسبة شدة الإشعاع للجسم على طول موجة معينة إلى قدرة امتصاصها في نفس الطول الموجي لجميع الجثث هي نفسها إذا كانت مع نفس الشيء، وعدم تساوي عدديا لشدة انبعاث الجثث السوداء تماما نفس الطول الموجي، أي إنها وظيفة موجة فقط و:

e l / a l \u003d i l / a l \u003d e sl \u003d i sl \u003d f (l، t). (11.12)

لذلك، فإن الجسم الذي ينبعث الطاقة في بعض الطول الموجي قادر على امتصاصه في نفس الطول الموجي. إذا لم يتم امتصاص الجسم الطاقة في جزء من الطيف، فهذا لا يشع في هذا الجزء من الطيف.

من قانون كيرشوف، فإنه يتبع أيضا درجة سوداء الجسم ه مع نفسه يساوي عدديا لمعامل الامتصاص ج:

e \u003d I L / I SL \u003d E / E SL \u003d C / C SL \u003d A. (11.13)

قانون لامبرت. Bulk Radiant الطاقة المشرقة تنتشر في الفضاء في اتجاهات مختلفة مع شدة مختلفة. ينشئ القانون اعتماد شدة الإشعاع من الاتجاه يسمى قانون لامبرت.

ينص قانون Lambert على أن كمية الطاقة المشعة المنبعثة من عنصر سطح DF 1 في اتجاه عنصر DF 2 يتناسب مع نتاج كمية الطاقة المنبعثة وفقا لطبيعة DQ N، بحجم زاوية مكانية من العاصمة والتكلفة، تتألف من اتجاه الإشعاع مع العادي (الشكل 11.2):

d 2 Q N \u003d DQ N * DW * COSJ. (11.14)

وبالتالي، فإن أكبر قدر من الطاقة المشعة ينبعثها في الاتجاه العمودي إلى سطح الإشعاع، أي، في (J \u003d 0). مع زيادة J، تقل كمية الطاقة المشعة وهي صفر في J \u003d 90 درجة. قانون لامبرت عادلا بالكامل للأجسام السوداء تماما ولجثث مع إشعاع منتشر في J \u003d 0 - 60 درجة.

بالنسبة للأسطح المصقولة، لا ينطبق قانون لامبرت. بالنسبة لهم، تشع مع J سيكون أكبر مما كانت عليه في الاتجاه، طبيعي إلى السطح.