ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Излучение плоского слоя из "Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений " Исключение, в принципе, может составить лишь случай чрезвычайно резкого хода температуры, когда возрастание лучеиспускательной способности ] = при удалении от точки сказывается сильнее, чем поглощение по пути при увеличении пройденного расстояния. Однако практически это почти никогда не случается, и основной вклад в интегралы (2.32), (2.33) дает отрезок луча около рассматриваемой точки величиной порядка нескольких (двух-трех) пробегов излучения. Но свет проходит такое расстояние за весьма малое время Г /с, которое, как правило, намного меньше характерных времен, в течение которых происходит заметное изменение состояния вещества (температуры и плотности) например, при длине пробега = 3 см время / /с = сек. Оно гораздо меньше характерных времен, с которыми приходится иметь дело в обычных гидродинамических течениях. Это связано с тем, что обычно скорости вещества гораздо меньше, чем скорость света. [c.117] Отмеченное обстоятельство является весьма существенным. Оно означает, что практически во всех случаях поле излучения в каждый момент времени можно рассматривать как квазистационарное, соответствующее мгновенному распределению источников испускания и поглощения, т. е. распределению температуры и плотности вещества. [c.117] Вообще говоря, перенос излучения и лучистый теплообмен влияют на состояние вещества, на его движение или на распределение температуры в стационарном состоянии. Это влияние связано с тем, что, испуская и поглощая свет, вещество теряет или приобретает энергию, охлаждается или нагревается. В общем случае состояние вещества описывается уравнениями гидродинамики, которые при наличии лучистого теплообмена следует обобщить, учитывая взаимодействие излучения с веществом. [c.117] Поскольку перенос излучения сам зависит от состояния вещества, его температуры и плотности, то в общем случае система уравнений, описывающих вещество и излучение, состоит из соответствующим образом обобщенных уравнений гидродинамики и уравнения переноса излучения. [c.118] Во многих случаях, однако, обратное влияние излучения на состояние вещества невелико, либо же может быть учтено каким-нибудь приближенным способом. Например, при достаточно низких температурах лучистый теплообмен или потери энергии тела на излучение несущественны. При этом состояние вещества практически не зависит от излучения, задачи нахождения поля излучения и описание состояния вещества разделяются. Состояние вещества описываются, например, уравнениями гидродинамики, а поле излучения можно найти в каждый момент на основании известных распределений температуры и плотности и известных коэффициентов поглощения. [c.118] Как правило, практический интерес в этом случае представляет определение не всего поля излучения в среде (поскольку оно все равно не влияет на состояние среды), а нахождение излучения, выходящего с поверхности тела, т. е. вопрос о свечении нагретого тела, о яркости его поверхности, спектре излучения, распределении потока по углам и т. д. [c.118] Если известны оптические свойства вещества, т. е. коэффициент поглощения ) как функция частоты, температуры и плотности и распределения температуры и плотности в теле, то ответ на все эти вопросы содержится в интегральной формуле для интенсивности (2.32). [c.118] Если тело ограничено, то вне его пределов коэффициент поглощения равен нулю и соответствующий отрезок интегрирования выпадает. Если тело ограничено, но извне с задней стороны в него проникает поток излучения, то, распространяя интегрирование по лучу до бесконечности, мы тем самым включаем в интеграл эти посторонние источники света. [c.118] Тело излучает как абсолютно черное температуры Т. [c.119] Из формулы (2.38) видно, что интенсивность излучения слоя конечной толщины всегда меньше равновесной. Спектр отличается от планковского /vp Т) множителем 1 — Этот множитель зависит от частоты благодаря частотной зависимости коэффициента поглощения. Он стремится к 1 лишь при d оо. Наиболее резко выражено отличие интенсивности от пл анковской в направлении нормали к поверхности, в котором отрезок луча с источниками минимален (равен d). Спектр стремится к планковскому при больших углах к нормали, когда г - я/2, os fl - 0. В зависимости от толщины слоя d наибольшее отличие спектра от планковского должно наблюдаться в пределе оптически тонкого слоя, т. е. под такими углами, что y yd/ os fl 1. [c.119] Следует отметить, что понятие оптической тонкости слоя зависит от угла всегда найдутся столь большие углы л я/2, соз 1, что слой для этих направлений будет оптически толстым , так что слой с Ту 1 под большими углами О л я/2 все равно излучает как черное тело. Под небольшими углами, когда т /соз 1 и слой оптически тонок, он испускает как объемный излучатель кванты, рожденные в любой точке, выходят из слоя практически без поглош ения по пути. В слое нет самопоглош ения и каждый элемент объема вносит одинаковый вклад в излучение, выходяш ее с поверхности. Это и служит основанием для термина объемный излучатель . Оптически толстое тело излучает с поверхности , так как кванты, рожденные в глубине, не выходят из тела, поглощаясь по пути. [c.120] Во многих случаях интерес представляет не интенсивность излучения под данным углом, а поток излучения с поверхности тела, т. е. количество энергии, выходящей в 1 сек с 1 см поверхности тела во всех направлениях. Эту величину называют яркостью поверхности (спектральной или интегральной). [c.120] Как и следовало ожидать, спектральная яркость равна яркости абсолютно черного тела. [c.121] Она всегда меньше яркости абсолютно черного тела той же температуры и стремится к последней при Ту— оо. [c.121] Вернуться к основной статье