1598005523-7b05f5243326e8b73bf5de9957b05ab8 (Газовые горелки инфракрасного излучения и их применение. А.И. Богомолов, Д.Я. Вигдорчик, 1967u), страница 2

Часть энергии идет на повышение температуры вещества, а часть выделяется в виде рентгеновских лучей. Ультрафиолетовые лучи занимают область между рентгено н вскими и фиолетовыми лучами видимого излучения. вых л чей Хорошими техническими источниками ультрафиолетов у являются электрические дуги, а также кварцевые и ртутные лампы. Ультрафиолетовые лучи можно обнаружить фотографическими методами по вызываемой этими лучами флуоресценции и фосфоресценции, а также при помощи фотоэлементов и термоэлементов.

Они не проходят через стекло и частично задерживаются даже воздухом. В и д и м ы е л у ч и занимают в, электромагнитном спектре аиболее узкий участок примернб 0,4 — 0,77 мк. Эта величина ыла принята условно. радиоволнами. Они обладают такими же свойствами, как видимые и ультрафиолетовые лучи, т. е. распространяются прямолинейно, преломляются и поляризуются. Инфракрасные лучи излучаются внешними электронами атомов и молекул в результате вращательных и колебательных движений молекул. Инфракрасные лучи называют иногда тепловыми, так как их интенсивность определяется температурой излучающего тела. Методы получения и обнаружения инфракрасных лучей различны для разных спектральных участков. Область инфракрасных лучей можно условно разделить на три участка спектра: коротковолновый (0,77 — 15 мк), средневолновый (15 †1 мк) и длинноволновый (100 †4 мк).

В технике инфракрасного нагрева практическое применение имеют коротковолновые инфракрасные лучи. Инфракрасные, ультрафиолетовые и видимые лучи, занимающие среднюю часть спектра электромагнитных волн, называют иногда оптической областью спектра. Наибольшей частью оптической области спектра является участок инфракрасных лучей, составляющих девять октав из 15 (рис.

2). Источниками инфракрасных лучей с длиной волны от 1,3 до 7 мк могут быть электрические лампы накаливания, ртутные лампы высокого и сверхвысокого давления, специальные штифтовые и колпачковые излучатели, а также газовые горелки ин- фракрасного излучения и металлические илн керамические излучатели. Источниками инфракрасных лучей с длиной волны от 7 до 15 мк являются все нагретые тела с температурой от 190 до 410' К. Граничная длина волны этого диапазона излучений (15 мк) определяется водяными парами, имеющимися в атмосфере, поскольку водяные пары почти полностью поглощают инфракрасное излучение с длиной волны более 14 — 15 мк. 2.

ТЕПЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ И ЕГО ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ Процесс превращения тепловой энергии тела в лучистую называется тепловым излучением. Тепловое состояние тела характеризуется его температурой. Любое тело, имеющее температуру выше абсолютного нуля, непрерывно излучает лучистую энергию. В зависимости от температуры н состояния поверхности оно испускает то или иное излучение. Ббльшая часть этого излучения при температурах, которые мы умеем получать, лежит в инфракрасной области. Так, например, если принять всю энергию, излучаемую вакуумной лампой прн температуре вольфрамовой нити 7=2500'К, за 100б/б, то только 7 — 12% лучистой энергии приходится на энергетическое излучение в видимой части спектра, а остальная часть энергии, за исключением небольших потерь в держателях нити накаливания, излучается в пространство в виде инфракрасных лучей.

Если температура объекта превышает 825'К, спектр излучаемой энергии содержит лучи, видимые невооруженным глазом. Изменение цвета объекта обусловливается его тепловым излучением в зависимости от температуры (табл. 1). Таблица 1 1!нет объекта в зависимости от его температуры Ориеитировоеиав теиоера- тура объекта Кажуцтиаее цвет объекта Едва видимый красный Тускло-красный Вишнево-красный . Оранжевый Белый 823 973 1173 1373 Свыше 1673 660 700 900 1100 Свыше 1400 Результаты простого наблюдения указывают на близкое родство тепловых лучей и лучей видимого света. Вместе с' тем мы знаем, что при температуре ниже 825'К излучения становятся невидимыми.

Качественные особенности теплового излучения определяются различием в длинах волн, зависящих от температуры излучателей. При встречающихся в теплотехнической практике температурах передача тепла излучением происходит в ближней инфракрасной области спектра, простирающейся на длины волн от 0,77 до 3 мк, а в средней области спектра с длинами волн 3— 10 мк. Излучение в видимой области спектра с длинами волн 0,4 — 0,77 мк значительно заметно только в электрических излучателях с очень высокими температурами нити накала.

Излучение, испускаемое телом, называют монохроматическим, если оно соответствует узкому интервалу длин волны от Л до Л+с1Л и интегральным (полным), если оно соответствует интегралу длин волн от Л=О до Л = оо. Если лучистый поток падает на поверхность тела, то одна часть потока отражается (зеркально или диффузно), другая проходит сквозь тело и в зависимости от его коэффициента преломления изменяет свое направление, а третья часть целиком поглощается телом.

Отражательная способность тела (коэффицнент отражения) характеризуется отношением отраженной телом лучистой энергии Е р к падающей энергии Е„,„: Еатр г. = —. Ецад Пропускательная способность тела (коэффициент пропускания) характеризуется отношением пропущенной телом лучистой энергии к падающей энергии: Ер Еиад Поглощательная способность тела (коэффициент поглощения) характеризуется отношением поглощенной телом лучистой энергии Е„,„к падающей энергии Е„,д.

Еиота Ецад Из сказанного следует, что между а, г и с( существует зависимость, т. е. а + г + с( = 1. Отражение падающего потока может быть зеркальным (угол падения равен углу отражения) или диффузным (рассеянным), ч Зеркальное отражение дают полированные поверхности, прем величина коэффициента отражения г зависит от степени риполировки поверхности. Коэффициенты пропускания и поглощет ния зависят от химического строения и структуры вещества, акже от толщины слоя облучаемого вещества. Для жидких и , а газообразных веществ величина этих коэффициентов характе- 2 — 882 ризуется размерами и количеством отдельных частиц составляющих эти вещества.

Если а=1 н г=с(=0, то вся лучистая энергия, падающая на тело„поглощается им. 'Такое тело принято называть а б с о л ю т н о ч е р н ы м. Если г=1 и а=с(=0, то вся лучистая энергия, падающая на тело, отражается им. Такое тело принято называть абсолютно белым. Если с( = 1, то а = г = О. В этом случае лучистая энергия, падающая на тело, проходит через него. Такое тело называется абсолютно прозр а ч н ы м (диатермичным). В п ироде нет абсолютно черных, белых и прозрачных тел. Поэтому соотношения между а, г и с( зависят от вида тел, характера их,поверхности и температуры (наши обычные оценки цвета поверхности неприменимы к инфракрасному излучению; большинство поверхностей по коэффициенту поглощения может б о несено к разряду «черных»).

Все твердые тела и жидкости (в слое толщиной в несколько мм) для области фр р ного излучения практически не прозрачньь Для них д=О и а+г=1. Газы, за исключением углекислоты и водяных паров, для этой области спектра диатермичны. Следовательно, если данное тело хорошо отражает лучистую энергию, то это же тело плохо поглощает ее и наоборот. Однако с шествуют тела, которые в определенном диапазоне волн и при определенной толщине их слоя являются прозрачными д ля лучистой энергии. Например, кварц при толщине до 1 мм прозрачен для световых, ультрафиолетовых и инфракрасных лучей, но при толщине в несколько мм он уже становится непрозрачным для инфракрасных, Оконное стекло прозрачно для световых лучей (опять- таки до определенной толщины), но непрозрачно для ультрафиолетовых и инфракрасных с длиной волны Х более б мк.

Каменная соль прозрачна для инфракрасных лучей и непрозрачна для ультрафиолетовых. Аналогичное положение наблюдается также при поглощении и отражении лучистой энергии. Белые поверхности хорошо отражают видимые световые лучи и практически поглощают ин, фракрасные.

Для поглощения и отражения инфракрасных лучей большое значение имеет состояние поверхности тела. Отражательная способность у гладких и полированных поверхностей во много раз выше, чем у шероховатых. Наибольшей поглощательной способностью обладают тела, покрытые платиновой 10 Таблица 2 Белячииы а, г и а( для некоторых материалов ! Коэффициенты в М а л Толщина материала в нм Материалы 1 — 3 1 — 3 Около 8 12 — 15 30 — 76 89 — 91 72 — 85 10 — 66 Проэрачное бесцветное стекло Матовое стекло (матировка песком внутренняя) Молочное густое стекло Молочное стекло, хорошо пропускающее свет Мрамор полированный Алебастр (гипс) Пергамент тонкий белый Бумага светлая Бумага темная Шелк белый Белая покраска Бархат черный Сукво черное 1,8 — 4,4 1,3 — 6,2 1,5 — 2 8,1 3,3 3 — 16 4 — 28 4 — 6 27 — 47 1! — 16 10 — 15 !3 — 20 17 — 23 5 ЗЗ вЂ” 20 99,6 98,8 45 — 55 3 — 6 33 — 47 35 — 55 42 — 50 30 — 45 60 40 — 50 50 — 61 43 — 53 40 — 50 33 — 40 40 — 50 35 67 — 80 0,4 1,2 чернь!0 или сажей.

В ограниченном интервале длин во поглощают до 90 — 9б% ' инфракрасного излучения. В табл. 2 приведены величины а, г и э2 для некоторых материалов при облучении световыми и близкими к ним инфракрасными лучами. Наиболее полно свойствами абсолютно черного тела обладает отверстие в стенке полого шара, предложенное русским физиком В.

А. Михельсоном. Это тело, схема'которого показана на рнс. 3, представляет собой полый шар с небольшим отверстием и зачерненной внутренней поверхностью, поглощатель- Рис. 3. Принципиальная способность которой равна 90%. Ес- ная схема абсолютно ли направить поток лучистой энергии че- черного тела рез отверстие шара, то при падении луча на внутреннюю стенку 90% энергии поглотится, отраженный же от нее лучистый поток (10о(о) снова попадает на стенку и при , вторичном отражении снизит свою энергию до 1 % первоначальной величины, а при последующем отражении до 0,1%.

Если лучистый поток выйдет из отверстия после трехкратного отражения, то суммарная поглощательная способность полого тела будет равна 0,999, т. е, очень близка к единице. Внутренняя поверхность полого тела не только поглощает, но при нагреве его до определенной температуры излучает как абсолютно черное тело. Эти осо()енности отражения н поглощения лучистой энергии в полом шаре проявляются и в практиче- ских условиях инфракрасного нагрева тел. Так, например, чем глубже впадины (шероховатость) на поверхности облучаемого тела, тем выше его поглотительная способность по сравнению '22 с более гладкой поверхно- стью данного тела.