Поглощение излучения

Автор: mensh, 27 августа, 2024
Гелиоустановки

Тепло распространяется или переносится от одной точки материала к другой или между телами тремя способами.

Поглощение энергии излучения

Содержание

Способы переноса тепла

Два из способов переноса тепла — теплопроводность и конвекция. Они используются всеми традиционными системами отопления. Третий способ — радиация — в равной степени важен в успешном применении солнечной энергии для отопления и охлаждения помещений.

Электромагнитная радиация

Тепло есть энергия и может принимать форму длинноволновой электромагнитной радиации. Любая радиация распространяется по прямой с одной и той же скоростью (300 000 км/с), но имеет разные длины волн. Количество энергии, переданной посредством радиации, обратно пропорционально длине её волны (то есть чем короче длина волны, тем выше энергосодержание).

Лучистая теплота

Лучистая теплота представляет собой длинноволновую низкоэнергетическую форму радиации. При падении радиации на какое-либо тело она отражается, пропускается или поглощается этим телом. Каждый материал отражает, пропускает или поглощает падающую радиацию по-разному в зависимости от его абсолютной температуры, физических и химических характеристик и длины волны падающей радиации. Например, стекло пропускает большую часть падающего на него видимого света, но очень мало инфракрасного излучения.

Параметры материалов

Каждый материал имеет численные параметры, характеризующие отражательную, пропускательную и поглощательную способность этого материала в определённом диапазоне температур и для определённого участка электромагнитного спектра.

Сумма коэффициентов поглощения, отражения и пропускания материала равна 1, что указывает на 100%-й учёт падающей радиации. Для большинства светонепроницаемых твёрдых материалов пропускаемая энергия фактически равна нулю, так что сумма коэффициентов поглощения и отражения считается равной 1. Лучистая энергия после поглощения превращается в тепло. Это тепло может быть передано дальше, излучено обратно или излучено в виде длинноволновой радиации из материала.

Коэффициент излучения ε материала является численным показателем способности этого материала пропускать длинноволновое излучение. Коэффициент излучения представляет собой отношение излучаемой мощности материала к излучаемой мощности теоретического абсолютно чёрного тела (то есть для абсолютно чёрного тела ε=1; для черной краски ε=0,95; для селективного чёрного покрытия ε=0,05).

Эти данные имеют большое значение, так как указывают на относительные рабочие характеристики разных материалов. Например, кирпичная кладка и бетон, которые имеют коэффициенты излучения около 0,9, являются лучшими радиаторами тепла, чем латунь или алюминий, которые в лучшем случае имеют коэффициент излучения 0,22.

Асфальтовое покрытие, коэффициент поглощения которого более 0,9, преобразует намного больше падающей солнечной радиации в тепло, чем песок (коэффициент поглощения 0,6–0,75); это подтвердит любой, кому приходилось проходить босиком от автостоянки до пляжа.

Отношение между коэффициентом поглощения коротковолновой радиации и коэффициентом излучения длинноволновой радиации каким-либо материалом имеет особое значение для проектировщика солнечного коллектора. Материалы с высокими отношениями, называемые селективные плёнки, можно использовать для покрытия поверхностей пластин солнечных коллекторов, так что поглощаться будет максимальное количество энергии, а теряться в результате излучения или вторичного излучения будет минимальное количество.

Коэффициенты излучения и поглощения материалов

В нижеследующих таблицах приводятся коэффициенты поглощения и излучения различных материалов. За исключением особо помеченных, данные относятся к коротковолновому поглощению и длинноволновому излучению. Температура материала принимается в пределах от —17,8 до 100°C. Материалы даны по пяти категориям, в каждой из которых содержатся материалы со сходными характеристиками.

Таблица 1. Материалы класса I: отношение коэффициента поглощения к коэффициенту излучения (α/ε) менее 0,5
Ма­те­ри­алКо­эф­фи­ци­ент ко­рот­ко­вол­но­во­го по­гло­ще­ния, αКо­эф­фи­ци­ент длин­но­вол­но­во­го из­лу­че­ния, εα/ε
1234
Карбонат магния MgCO30,025–0,040,790,03–0,05
Белая штукатурка0,070,910,08
Свежевыпавший снег, мелкие частицы0.130,820,16
Белая краска 0,43 мм на алюминии0,200,910,22
Известковая побелка на оцинкованном железе0,220,900,24
Белая бумага0,25–0,280,950,26–0,29
Белая эмаль на железе0,25–0,450,900,28–0,50
Лёд с неплотным снежным покровом0,310,96–0,970,32
Снег, зёрна льда0,330,890,37
Масляная краска на основе алюминия0,450,900,50
Белый измельчённый песок0,450,840,54
Таблица 2. Материалы класса II: отношение коэффициента поглощения к коэффициенту излучения (α/ε) в пределах между 0,5 и 0,9
Ма­те­ри­алКо­эф­фи­ци­ент ко­рот­ко­вол­но­во­го по­гло­ще­нияКо­эф­фи­ци­ент длин­но­вол­но­во­го из­лу­че­нияα/ε
Асбестовый картон0,250,500,50
Зелёная масляная краска0,500,900,56
Кирпич красный0,550,920,60
Асбестоцементная плита белая0,590,960,61
Мрамор полированный0,5–0,60,900,61
Дерево, строганый дуб—0,90—
Неоштукатуренный бетон0,600,970,62
Бетон0,600,880,68
Зелёная трава после дождя0,670,980,68
Высокая и сухая трава0,67—0,690,90,76
Увядшие огороды и кустарник0,700,900,78
Дубовая листва0,71—0,780,91—0,950,78—0,82
Мёрзлая почва—0,93–0,94—
Почва в пустыне0,750,90,93
Обычные огородные грядки и кустарник0,72–0,760,90,82
Почва после сухой вспашки0,75–0,800,90,83–0,89
Дубовый лес0,820,90,91
Сосновый лес0,860,90,96
Поверхность Земли в целом (суша и море, без облаков)0,83——
Таблица 3. Материалы класса III: отношение коэффициента поглощения к коэффициенту излучения (α/ε) в пределах между 0,8 и 1
Ма­те­ри­алКо­эф­фи­ци­ент ко­рот­ко­вол­но­во­го по­гло­ще­нияКо­эф­фи­ци­ент длин­но­вол­но­во­го из­лу­че­нияα/ε
Серая краска0,750,950,79
Красная масляная краска0,740,900,82
Асбестовый шифер0,810,960,84
Асбестовый картон—0,93–0,96—
Линолеум, красно-коричневый0,840,920,91
Сухой песок0,820,900,91
Зелёная рулонная кровля0,880,91–0,970,93
Шифер тёмно-серый0,89——
Старая серая резина—0,86—
Твёрдая чёрная резина—0,90–0,95—
Асфальтовое покрытие0,93——
Чёрная окись меди на меди0,910,950,95
Обнажённая влажная земля0,90,950,96
Влажный песок0,910,950,96
Вода0,940,95–0,960,98
Чёрный рубероид0,930,931
Чёрная глянцевая краска0,900,901
Небольшое отверстие в большом ящике, печи или ограждённом пространстве0,990,991
Теоретически абсолютно чёрное тело111
Таблица 4. Материалы класса IV: отношение коэффициента поглощения к  коэффициенту излучения (α/ε) более 1
Ма­те­ри­алКо­эф­фи­ци­ент ко­рот­ко­вол­но­во­го по­гло­ще­нияКо­эф­фи­ци­ент длин­но­вол­но­во­го из­лу­че­нияα/ε
Чёрный бархат0,990,971,02
Люцерна тёмно-зелёная0,970,951,02
Пламенная сажа0,980,951,03
Чёрная краска 0,43 мм на алюминии0,94–0,980,881,07–1,11
Гранит0,550,441,25
Графит0,780,411,90
Высокое отношение, но коэффициент поглощения менее 0,80
Тусклая латунь, медь, свинец0,2–0,40,4–0,651,63–2
Оцинкованное листовое железо, окисленное0,800,282,86
Оцинкованное железо, чистое и новое0,650,130,5
Алюминиевая фольга0,150,053
Магний0,300,074,30
Хром0,490,086,13
Полированный цинк0,460,0223
Осаждённое серебро (оптический рефлектор), нетусклое0,070,01—
Таблица 5. Материалы класса V: селективные покрытия
Ма­те­ри­алКо­эф­фи­ци­ент ко­рот­ко­вол­но­во­го по­гло­ще­нияКо­эф­фи­ци­ент длин­но­вол­но­во­го из­лу­че­нияα/ε
Гальванически покрытые металлы
Чёрный сульфид на металле0,920,109,2
Чёрная окись меди на листовом алюминии0,8–0,930,09–0,21—
Медь (5*10-4 мм толщиной) на металле с никелевым или серебряным покрытием———
Окись кобальта на платине———
Окись кобальта на полированном никеле0,93–0,940,24–0,403,9
Чёрная окись никеля на алюминии0,85–0,930,06–0,114,5–15,5
Чёрный хром0,870,099,8
Покрытия из макрочастиц
Пламенная сажа на металле———
Чёрная окись железа, размер зерна 47 мкм, на алюминии———
Геометрически улучшенные поверхности
Оптимально волнистые серого цвета0,890,771,2
Оптимально волнистые с селективными покрытиями0,950,165,9
Проволочная сетка из нержавеющей стали0,63–0,860,23–0,282,7–3
Медь, обработанная NaClO2 и NaOH0,870,136,69

Комментарии

© 2003–2024 Олег Меньшенин mensh@yandex.ru