Излучение твердых поверхностей
Согласно закону Кирхгофа, все реальные тела при одной и той же температуре излучают меньше энергии, чем абсолютно черные, так как они отражают часть падающих лучей. Несмотря на это, излучение реальных тел подчиняется закону Стефана— Больцмана [уравнение (393)], только коэффициент излучения С, который для абсолютно черных излучающих поверхностей составляет 4,96, берется меньше, в зависимости от степени черноты данного тела.
Но при этом необходимо учитывать следующее: во-первых, не все технические поверхности являются «серыми», а закон Стефана—Больцмана справедлив при соответствующем выборе коэффициента излучения лишь для серого тела.
Кривая излучения Планка в случае серого тела геометрически подобна кривой излучения для абсолютно черного тела, хотя и расположена (см. рис. 36) ниже ее. Серое тело обладает определенной поглощательной способностью для каждой длины волны падающего излучения, т. е - оно поглощает от падающего излучения различных длин волн всегда постоянную часть, например всегда 70%. Но иногда эта закономерность нарушается: некоторым поверхностям присуща так называемая «селективная» поглощательная способность, т. е. волны разной длины поглощаются в различной степени. Но раз поглощение является избирательным, то по закону Кирхгофа должно быть избирательным и излучение; следовательно, чем в большей степени будет поглощаться телом волна определенной длины, тем интенсивнее будет она излучаться. Таким образом, излучение несерого тела селективное. Кривая излучения несерого тела не так равномерна, как кривая излучения абсолютно черного тела (см. рис. 36); первая имеет впадины тем большие, чем больше тело отклоняется от серого. Для селективного излучения справедлив закон Стефана— Больцмана, по которому излучение растет пропорционально абсолютной температуре в степени, не превышающей четвертую. Соответствующий закон можно вывести двумя путями: рассматривая коэффициент излучения изменяющимся с температурой (причем сохраняется четвертая степень), либо рассматривая коэффициент излучения постоянным (но изменить показатель степени у температуры). Установлено, что-при постоянном коэффициенте излучения, например, для чистой пластины излучение увеличивается пропорционально не четвертой, а пятой степени абсолютной температуры. Если же принять показатель степени равным значению, превышающему 4, то при определенной температуре наступил бы момент, когда излучение данного тела превысило бы излучение абсолютно черного тела. Поэтому необходимо условиться, что тела, излучение которых пропорционально абсолютной температуре в степени >4, с повышением температуры уменьшают этот показатель до четырех (возможно с одновременным увеличением коэффициента излучения до значения его для абсолютно черного тела). Следовательно, нельзя сохранить показатель неизменным. Более приемлемо для техники считать коэффициент излучения несерых тел зависимым от температуры, так как при этом можно сохранить теперь уже общепринятую четвертую степень абсолютной температуры и не менять этот показатель ни при каких обстоятельствах. Следовательно, коэффициенты излучения технических поверхностей необходимо определять не при одной определенной, а при различных температурах. Во-вторых, степень черноты технических поверхностей, или коэффициент излучения серых тел также может изменяться. Для ^ этих условий закон Стефана—Больцмана уже не справедлив, и коэффициент излучения необходимо рассматривать как функцию температуры аналогично коэффициентам излучения несерых тел. Следовательно, обе эти причины заставляют измерять коэффициенты излучения при различных температурах. Однако таких измерений до сего времени сделано мало. В табл. 46—54 приложений приведены известные на сегодня коэффициенты излучения с указанием температуры, при которой проводили измерения. Эти величины можно рассматривать лишь как исходные, так как температурная область измерений слишком мала и коэффициент излучения зависит не только от химического состава тел, но и от степени шероховатости из поверхностей (оба этих фактора, естественно, являются переменными).