Ishning maqsadi

Tananing qora yuzasi darajasini aniqlash uchun tajriba uchun metodologiya bilan tanishish.

Eksperimental ko'nikmalarni ishlab chiqish.

Vazifa

Qora e va nurlanish koeffitsientini 2 xil materiallardan (bo'yalgan mis va parlatilgan po'lat) darajasini belgilang.

Qora haroratda qora darajadagi o'zgarishlarning bog'liqligini belgilang.

Ort qilingan mis va ularning orasiga parlatilgan po'latdan yasalgan po'lat darajasining qiymatini solishtiring.

Nazariy ma'muriyat

Issiqlik nuri elektromagnit to'lqinlar yordamida issiqlik energiyasini o'tkazish jarayoni. Radiatsiya orqali uzatiladigan issiqlik miqdori chiqarilgan organning xususiyatlariga va uning haroratining xususiyatlariga bog'liq va atrofdagi jasadlarning haroratiga bog'liq emas.

Umuman olganda, tanaga tushgan issiqlik oqimi qisman singdiriladi, qisman aks ettirilgan va qisman tanada (1.1-rasm).

Anjir. 1.1. Yo'lni energiya taqsimlash sxemasi

(2)

qayerda - tanadagi issiqlik oqimi,

- tanadan so'riladigan issiqlik miqdori,

- tana tomonidan aks ettirilgan issiqlik miqdori,

- tanadan o'tadigan issiqlik miqdori.

Biz issiqlik oqimiga to'g'ri va chap qismlarni ajratamiz:

Qiymatlar
u mos ravishda: singdirish, ko'zgu va bagati ko'tarilish quvvati.

Agar a
T.
. Tanaga tushadigan butun issiqlik oqimi so'rilgan. Bunday tana chaqiriladi mutlaqo qora .

Bu tana
,
ular. Tana ustiga tushgan butun issiqlik oqimi bu haqda o'ylangan oq . Shu bilan birga, agar yuzadagi ko'zgular tana optikasi qonunlariga rioya qilinsa, deyiladi aks ettirilgan - Agar diffuz aks ettirsa – mutlaqo oq .

Bu tana
,
ular. Tanaga tushgan butun issiq oqim u orqali o'tadi, deb nomlanadi diatermiya yoki mutlaqo shaffof .

Tabiatda mutlaqo organlar yo'q, ammo bunday tanalar tushunchasi juda foydali, chunki uni nurlanish orqali boshqaradigan qonunlar juda sodda, chunki nurlanish uning yuzasidan aks etmaydi.

Bundan tashqari, mutlaqo qora tanalar tushunchasi tabiatda qora rangdan ko'proq issiqlikni chiqaradigan bunday jadal yo'qligini isbotlashga imkon beradi.

Masalan, Kirchhoffning qonuniga binoan tananing emissivi nisbati va uning singdirish qobiliyati barcha organlar uchun teng ravishda va faqat haroratga, shu jumladan qora, shu jumladan qora, shu jumladan qora rangga bog'liq:

(3)

Mutlaqli qora tanalarning so'rilishi uchun
lekin va va hokazo. Har doim 1 dan kam, keyin Kirchhoff qonunidan ko'ra, bu eng yuqori darajadagi qobiliyat u mutlaqo qora tanaga ega. Tabiatda mutlaqo qora tanalar yo'qligi sababli, kulrang tanasi tushunchasi, uning qora daraja darajasi, bu esa kulrang va mutlaqo qora tanalarning nisbati hisoblanadi:

Kirchox qonuniga binoan va buni hisobga olish
yozib olinishi mumkin
dan
o'sha . Qora darajasi nisbiy emissiyalik va tananing so'rilish qobiliyatini o'zgartiradi . Radiatsion intensivlikning qaramligini aks ettiruvchi nurlanishning asosiy kuchi
to'lqin uzunliklari (monoxromatik nurlanish) ga chaqirilgan, bu taxta qonunidir.

(4)

qayerda - to'lqin uzunligi, [m];

;

va - birinchi va ikkinchi darajadagi taxta.

Shaklda. 1.2 Ushbu tenglama grafik jihatdan ifodalanadi.

Anjir. 1.2. Planka qonunchiligining grafik namoyishi

Grafikdan ko'rinib turibdiki, har qanday to'lqin uzunliklarining keng doirasidagi har qanday haroratda mutlaqo qora tanli nurlanadi. Haroratning ortib borishi bilan, radiatsiyaning maksimal tebranishi qisqaroq to'lqinlar uchun siljiydi. Ushbu hodisa sharob qonuni bilan tasvirlangan:

Qayerda
- to'lqin uzunligi eng yuqori nurlanish intensivligiga mos keladi.

Qiymatlarda
"Uzun to'lqin naqsh qonunchiligini" nomini ham kiyadigan o'ram-jinsi shimlar qonunini qo'llash mumkin:

(6)

Butun to'lqin uzunligi oralig'i bilan bog'liq bo'lgan nurlanish intensivligi
oldin
(Integral nurlanish), rejaning rejasidan birlashtirish orqali aniqlanishi mumkin:

qayerda - mutlaqo qora tananing nurlanish koeffitsienti. Boltzmann tomonidan tashkil etilgan Stayen-Boltzmann qonuni deb nomlanadi. Kulrang tanalar uchun Stefan-Boltzmanning qonuni shaklda yozilgan:

(8)

- Kuchli kulrang tana qobiliyati. Issiqlik uzatish Stefan-Boltzmanning qonuni asosida ikki yuzadagi nurlanish bilan belgilanadi va shakli:

(9)

Agar a
, keyin qora daraja darajasi qora rang darajasiga teng bo'ladi .
. Ushbu holat, radiatsion qobiliyat va kichik o'lchamdagi qora tanalar darajasini aniqlash usuliga asoslanadi va kichik energiya bilan taqqoslanadigan organlar bilan taqqoslanadi

(10)

(11)

Formuladan ko'rinib turibdiki, qora va radiatsion qobiliyat darajasini aniqlash Dankulrang tana sirt haroratini bilishi kerak sinov organi, harorati tana yuzasidan atrof-muhit va yorqin issiqlik oqimi
. Harorat va ma'lum usullar bilan o'lchash mumkin. Va radion issiqlik oqimi quyidagi fikrlardan qat'iyan belgilanadi.

Jasadlarning yuzasidan jasadlarning yuzadagi bo'shliqqa tarqatish atrofdagi bo'shliqqa va erkin konvektsiyada issiqlik uzatilishi bilan bog'liq. To'liq oqim tana yuzasidan, shu bilan quyidagilarga teng bo'ladi:

Dan!
;

- Nyuton Romanman qonuni bilan belgilanishi mumkin bo'lgan issiqlik oqimining konvroz komponenti:

(12)

O'z navbatida, issiqlik uzatish koeffitsienti ifodadan aniqlanishi mumkin:

(13)

ushbu iboralardagi hal qiluvchi harorat chegara qatlamining harorati hisoblanadi:

Anjir. 2 Eksperimental o'rnatish sxemasi

Shartli belgilar:

Ichkarisida;

P1, P2 - kuchlanishli regulyatorlar;

Pw1, pw2 - quvvat metrlari (vattometi);

Ne1, Ne2 - isitish elementlari;

IT1, IT2 - harorat metrlari;

T1, T2 va boshqalar. - termojuftlar.

Federal Ta'lim agentligi

Davlat ta'lim muassasasi

Kasb ta'limi

"Ivanovo davlat Energetika universiteti

VI nomidagi Lenin

Issiqlik muhandisligi nazariy asoslari bo'limi

Qattiq qora darajaning ajralmas darajasini aniqlash

Laboratoriya ishlari uchun uslubiy ko'rsatmalar

Ivanovo 2006.

V.V kompilyatorlari. Buximadir

Ular. Sozinov

Muharrir D.V... Rakun

Uslubiy ko'rsatmalar issiqlik muhandislik profilining ixtisosligi bo'yicha o'qiyotgan talabalar uchun 140101, 140103, 140106, 140106, 140106 va 220301 va "Issiqlik va issiqlik" kursini o'rganish.

Uslubiy ko'rsatmalar tarkibida tajriba o'tkazish uchun eksperimental o'rnatish tavsifi, shuningdek tajriba natijalarini qayta ishlash uchun zarur bo'lgan hisoblangan formulalar mavjud.

Texnikning tsikl metodik komissiyasi tomonidan tasdiqlangan uslubiy ko'rsatmalar.

Sharhlovchi

issiqlik muhandisligi nazariy asoslari kafedrasi Ivanovo Davlat Energetika Universiteti

1. Vazifa

1. Qora nozik volfram ipining integratsiyasining ajralmas darajasini sezilarli darajada aniqlang.

2. Ilmiy tajriba natijalarini ma'lumot ma'lumotlari bilan taqqoslang.

2. Radiatsiyani issiqlik almashinuvi nazariyasidan qisqacha ma'lumot

Issiqlik nuri (radiatsion isitish almashinuvi) - bu elektromagnit to'lqinlarning ko'payishi natijasida bo'sh joyni, uning energiyasi issiqlikka kirganda amalga oshiriladi. Radiatsion issiqlik almashinuvi ikki energiya konversiysi bilan bog'liq: dastlab tananing ichki energiyasi energiya energiyasini elektr energiyasining energiyasiga aylantiradi, keyinchalik kosmik energiya energiyasining ikkinchi o'tishi ichki energetikaning ikkinchi o'tishi ichki energetikada sodir bo'ladi tana.

Moddaning issiqlik nurlanishi tana haroratiga (moddaning qizdirilgan darajasi) bog'liq.

Tana ustiga tushgan issiqlik nurining energiyasi so'rilishi, tanani aks ettirishi yoki undan o'tishi mumkin. Butun inklyuziv energiyani singdiradigan tana shunga to'g'ri keladi, mutlaqo qora tanani (harakat) chaqiring. Shuni yodda tutingki, ushbu haroratda harakat va maksimal energiya miqdorini rivojlantiradi.

Tananing o'z nuri nurlanishining zichligi deb ataladi lanesisisisisisisispement qobiliyati. To'lqin uzunliklarining boshlang'ich qismidagi ushbu radiatsion parametr spektral deyiladi o'z-o'zidan oqim zichligi nurlanish yoki spektral tana tanani tarqoqligini anglatadi. Haroratga qarab, diffuziya qilish qobiliyati Stefan Boltzmanning qonuni asosida:

, (1)

qaerda  0 \u003d 5,67 evro / (m 2 k 4) - bu doimiy Stefan-Boltzmann; \u003d 5.67 w / (m 2 k 4) - mutlaqo qora tananing nurlanish koeffitsienti; T - mutlaqli qora tananing sirt harorati, K.

Tabiatdagi mutlaq qora tanalar mavjud emas. Radiatsion spektr mutlatilation qora tananing emissiya spektriga o'xshash va radiatsiya oqimining spektrli spektriga o'xshash va turli xil qora tananing spektakl zichligida bir xil ulush (e 0, l ), deyiladi kulrang telba:

, (2)

qaerda   qora rang darajasi.

(2) ekspluat spektrida (2) integratsiyalashgandan so'ng (
) Biz quyidagilarni olamiz:

, (3)

u kul rangdagi gol urish qobiliyati; E 0 - bu harakatning tarqalishi qobiliyati;  - kulrang tananing integral darajasi.

Stefan-Boltzmanning qonunini inobatga olgan holda, "Stefan-Boltzman" ning qonunini hisobga olgan holda, kulrang tananing eigen nurining (diffuziv qobiliyati) zichligini hisoblash uchun ibora:

qayerda
- kulrang tananing radiatsiya koeffitsienti, W / (m 2 k 4); T Korning harorati, K.

Qorong'ulikning integrumenti darajasining qiymati tananing jismoniy xususiyatlariga, uning harorati va tananing sirt pürüzlünga bog'liq. Blackning integrumenti eksperimental ravishda aniqlanadi.

Laboratoriya ishlarida qora tanqamning integral darajasi isitiladi (1) va shisha tsilindr devorlari (1-rasm) ning radiatsion isqiy issiqlik almashinuvini o'rganish (1-rasm).

Anjir. 1. Tajribadagi radiatsiya issiqlik almashinuvi diagrammasi:

1 - Isitish ip; 2 - Shisha tsilindrning ichki yuzasi; 3 - suv

Natijada, shisha tsilindr tomonidan olingan issiqlik oqimi formulani hisoblab chiqilishi mumkin:

, (6)

qaerda e d  ikki tanadagi qora darajasi;  1 va  2 - birinchi va ikkinchi tananing qorong'u yo'nalishi; T 1 va t 2, f 1 - birinchi va ikkinchi tananing issiqlik almashinuvining sirtlari va sirtli radiatsion koeffitsientlar, bu yarim sharsimon nurlanish energiyasining qaysi nisbati bir tanadan ikkinchisiga tushadi. .

Burchak koeffitsientlarining xususiyatlaridan foydalanish juda oson
, lekin
. Formula (6 )dagi burchak koeffitsientlarining qiymatlarini almashtirish, biz olamiz

. (7)

Volgram ipining sirt maydoni (tana 1) uning atrofidagi qobiq bo'lganidan ancha kam (tana 2), shundan keyin burchak koeffitsienti nolga teng:

F 1 f 2
 21 \u003d F 1 / F 2 0 yoki
. (8)

Formuladan (7) keyingi chiqishini hisobga olgan holda, u anjirda tasvirlangan ikki jismning qisqartirilgan darajasining pasayishi. 1 faqat ip yuzasining nurlanish xususiyatlari bilan belgilanadi:

 PR 1 yoki
. (9)

Bunday holda, suv bilan shisha tsilindr tomonidan qabul qilingan issiqlik fluxini hisoblash formulasi quyidagi shaklni oladi:

bu qora volfram ipining integral darajasini aniqlash uchun ifodalanadi:

, (11)

qayerda
- sirt maydoni volfram iplari: di - diametri va ip uzunligi.

Volfram iplarining radiatsiyaviy koeffitsius aniq formulasiga muvofiq hisoblanadi:

. (12)

Plank qonuni. Men mutlaqo qora tananing nurlanish intensivligi men va har qanday haqiqiy tanam men to'lqin uzunligiga bog'liq.

Bu bilan mutlaqo qora tana barcha to'lqin uzunligi il \u003d 0 dan l \u003d ー € gacha eydi. Agar u biron bir to'lqin uzunliklari bilan turli xil nur uzunliklarini bir-biridan ajratish va har bir nurning energiyasini o'lchashdir, shundaki, spektrning spektrli boshqacha.

To'lqinlar ortadi, nurlarning energiyasi keskin o'sadi, ma'lum bir uzunlikda to'lqin maksimal darajada bo'ladi, so'ng pasayadi, keyin kamayadi. Bundan tashqari, bir xil to'lqin uzunligining nuri uchun uning energiyasi tananing ko'tarilishi bilan ko'tariladi (11.1-rasm).

Plantane haroratga qarab mutlaqo qora tananing chiqishi intensivligini o'zgartirish qonunini o'rnatdi:

Men sl \u003d c 1 l -5 / (e c / t) - 1), (11.5)

(11.7) tenglamaning (11,7) qonuni va l \u003d 0 dan L \u003d 0 gacha qo'shilish qonuni, mutlaqo qora tananing integral radiatsiyasi (Stiven) ning to'rtinchi darajasiga mutlaqo mutanosibdir (Stefan -Boltzmann qonuni).

E s \u003d c (T / 100) 4, (11,8)

s \u003d 5.67 w / (m 2 * k 4) bilan qayerda - mutlaqo qora tananing nurlanish koeffitsienti

11.1-rasmda. Spektrning yorqin qismiga (0,4-0,8 mk) mos keladigan energiya miqdori integral nurlanish energiyasiga nisbatan juda kam ekanligini ta'kidlash qiyin emas. Faqat quyoshda ~ 6000k, yorug'lik nurlarining energiyasi qora nurlanishning butun energiya energiyasining 50 foizini tashkil qiladi.

Texnikda ishlatiladigan barcha haqiqiy tanalar juda qora rangda emas va shu bilan birga mutlaqo qora tanadan kamroq energiya chiqaradi. Haqiqiy organlarning nurlanishi, shuningdek, to'lqin uzunligiga bog'liq. Qora tananing nurlanish qonunlari uchun haqiqiy organlarga nisbatan qo'llanilishi mumkin, tana va nurlanish tushunchasi joriy etiladi. Radiatsiya ostida qora tananing radiotizatsiyasiga o'xshash bo'lsa, har bir to'lqin uzunligiga o'xshash, har bir to'lqin uzunligi uchun nurlarning intensivligi, har qanday har qanday narsaning doimiy ulushini anglatadi Qora tanasi i s, ya'ni Qarindoshlik bor:

I l / i SL \u003d E \u003d Const. (11.9)

E ning qiymati qora darajaga chaqiriladi. Bu tananing fizik xususiyatlariga bog'liq. Qora jismlarning darajasi har doim biridan kam.

Kirchxoff qonuni. Har bir tana uchun radiatsion va so'rilish qobiliyati bog'liq va to'lqin uzunligiga bog'liq. Turli xil organlar turli xil ma'noga ega E va A. ular orasidagi qaramlik Corch Xonun tomonidan belgilanadi:

E \u003d e s * a yoki E S \u003d E S / A \u003d E S / A \u003d C S * (T / 100) 4. (11.11)

Tananing (E) bo'sh vaqtni tejash qobiliyatiga nisbati (A) O'zgarish qobiliyati (a) o'z-o'zidan bo'lgan barcha organlar uchun tengdir va mutlaqo qora tananing tarqalish qobiliyatiga teng.

Kirchox qonunidan kelib chiqqan holda, agar tananing oz qismi kichik singdirish qobiliyatiga ega bo'lsa, u bir vaqtning o'zida past egilish qobiliyatiga ega bo'ladi (jilolanadi). Maksimal singib ketish qobiliyatiga ega bo'lgan mutlaq qora tana eng katta radiatsion qobiliyatga ega.

Kirxoga qonuni monoxromatik nurlanish uchun yarmarka bo'lib qolmoqda. Tananing nurlanishining intensivligi intensivligi ma'lum bir to'lqin uzunligining nisbati, agar ular bir xil bo'lsa, ular bir xil bo'lsa va ular mutlaqo qora tanalarning chiqishi intensivligiga teng bo'lsa Xuddi shu to'lqin uzunligi va ya'ni Bu faqat to'lqin uzunligi va:

E l / a l \u003d i l / a l \u003d e SL \u003d F (L, t). (11.12)

Shuning uchun, ba'zi to'lqin uzunligida energiyani chiqaradigan tana uni to'lqin uzunligida yutishga qodir. Agar tana spektrning bir qismiga energiyani tortib olmasa, unda spektrning ushbu qismida paydo bo'lmaydi.

Kirchhoff qonunidan, shuningdek, bu tananing qorong'uligi darajasiga ko'ra, empribortion koeffitsientiga bir xil bo'lgan holda evro darajasini oshiradi:

e \u003d i l / i SL \u003d E / E SL \u003d C / C SL \u003d A. (11.13)

Lambert qonuni. Ommaviy nurli energiya turli xil yo'nalishlarda turli xil intensivlik bilan kosmosda tarqaladi. Qonunda lambert qonuni deb nomlangan radiatsiya intensivining qaramligi belgilanadi.

Lambert qonun df 2 elementi yo'nalishi bo'yicha displeyning 1-qismi tomonidan chiqarilgan radion energiya miqdori DQ N normal holatga muvofiq chiqariladigan energiya miqdoriga mutanosibdir. DCning fazoviy burchagi va normal bilan radiatsiya yo'nalishi (11.2-rasm) narxi (11.2-rasm).

d 2 q n \u003d dq n dw * kosj. (11.14)

Binobarin, eng katta miqyos energiya energiyasi radiatsion yuzaga, ya'ni (j \u003d 0) da chiqariladi. J o'sib ulg'ayish darajasi pasayadi va j \u003d 90 ° da nolga teng. Lambert qonuni mutlaqo qora tanalar va diffuz nurlanishi bilan J \u003d 0 - 60 ° da diffuz nurlanishiga to'g'ri keladi.

Uzunli sirtlar uchun, Lambert qonunlari qo'llanilmaydi. Ular uchun J bilan rivojlanib boradigan tomon yo'nalishi yuzaga, normal tomondan ko'proq bo'ladi.