ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Влияние размера частиц из "Основы теплообмена излучением " Влияние размера частиц на ослабление рассмотрим применительно к двум крайним случаям для малых и для больших частиц. Под малыми частицами будем понимать такие частицы, размер которых значительно меньше длины волны падающего излучения d к. Под большими частицами — частицы, размер которых значительно превышает длину волны d у %. [c.150] Символ Im здесь означает мнимую часть комплексного переменного. [c.151] Как видно из формулы (4-63), рассеяние на малых частицах обратно пропорционально четвертой степени длины волны падающего излучения. Прохождение немонохроматического излучения через мутную среду, содержащую мельчайшие взвешенные частицы, сопровождается, таким образом, заметным изменением спектрального состава излучения. Прошедшее излучение обогащается длинноволновыми компонентами, а рассеянное — коротковолновыми. [c.151] Таким образом, излучение малых частиц с постоянным комплексным показателем преломления пропорционально пятой степени их абсолютной температуры. Для частиц, у которых их зависят от I, формула получается более сложной. [c.153] Построенная по этой формуле индикатриса рассеяния на малых частицах показана на рис. 4-5. Как видно из этого рисунка, индикатриса рассеяния является симметричной. Максимальное рассеяние имеет место в направлениях Ф = О и ф = я, причем по ходу луча рассеивается т акое же количество энергии, как и в обратном направлении. Рассеяние в боковом направлении в два раза меньше, чем вдоль луча. [c.154] Таким образом, малые частицы одинаковых геометрических размеров (q = idem), но из разного материала, могут давать совершенно различные индикатрисы рассеяния. Чем выше т, т. е. чем выше электропроводность вещества частиц, тем ниже то значение q, при котором еще наблюдается Рэлеевское распределение рассеянного излучения. [c.155] рассеиваемое такими частицами назад, в 12 раз превышает энергию, рассеянную по ходу луча. Индикатриса рассеяния малой абсолютно проводящей (отражающей) частицы с m = о показана на рис. 4-6. [c.155] Рассмотрим теперь особенности ослабления на больших частицах с d Я. [c.155] Основное различие в физической сущности процессов ослабления на больших и малых частицах связано с различиями в характере возбуждаемых в них колебаний под воздействием внешнего электромагнитного поля падающего излучения. Если для малых частиц можно считать, что колебания во всех точках частицы находятся в одной фазе, то для больших частиц необходимо учитывать разность фаз колебаний между отдельными точками частицы. [c.155] Исходя из изложенного, поле, создаваемое малой частицей, как вторичным излучателем, можно рассматривать, как поле диполя, в то время как поле, создаваемое большими частицами, является полем более высокого порядка. [c.155] Сглаженный ход коэффициентов полного ослабления в зависимости от q удовлетворительно описывается установленными К- С. Шифриным приближенными соотношениями. [c.157] Как видно из приведенных графиков и формул, асимптотическое значение коэффициента полного ослабления k 2 при Q оо независимо от физической природы вещества частиц. Таким образом, асимптотическое значение коэффициента полного ослабления для больших частиц оказывается в два раза большим, чем это следует из обычных соотношений геометрической оптики. [c.157] Шифрин [Л. 73] показал физическую природу этого явления. Останавливаясь на нем, предварительно заметим, как определяется эффективное сечение ослабления, или коэффициент ослабления, методами геометрической оптики. Для небольшого количества частиц в единице объема, не перекрывающих друг друга, или для единичной частицы, эффективное сечение ослабления может быть в этом случае определено по соотношению между суммарной площадью поперечного сечения частиц и площадью нормального сечения падающего пучка лучей. При этом принимается, что дифракция на больших частицах отсутствует, и ослабляется (рассеивается и поглощается) лишь та доля падающего излучения, которая приходится на площадь поперечного сечения частицы. [c.157] В действительности же, как было замечено выше, коэффициент ослабления для предельно больших частиц равен двум, а эффективное сечение ослабления составляет удвоенную площадь поперечного сечения частицы. [c.158] Такое удвоение ослабления, как показал К. С. Шиф-рин, связано с наличием особых дифракционных явлений на больших частицах, приводящих к специфическому характеру их индикатрис рассеяния. [c.158] Индикатриса рассеяния такой абсолютно черной частицы приведена на рис. 4-11. [c.159] Для больших частиц углерода сп = 2их=- рассеяние превышает поглощение примерно на 40%. [c.160] Приведенные соотношения между рассеянием и поглощением относятся к единичной частице и могут быть непосредственно использованы лишь применительно к мутным средам, содержащим небольшое количество частиц в единице объема, или к малым толщинам слоя. [c.161] Так как вся энергия, рассеянная большими частицами, сконцентрирована в узком пучке, направленном вперед, она из основного потока не вычитается, а ослабление при достаточно больших концентрациях или толщинах слоя происходит главным образом за счет многократного поглощения на частицах, расположенных на пути пучка. [c.161] Вернуться к основной статье