4.1.2. Определение основных понятий

К основным понятиям относятся: поток излучения, плотность потока излучения и интенсивность излучения.

Количество энергии излучения, переносимое в единицу времени через произвольную поверхность, называется потоком излучения Q,Вт.

Поток энергии, проходящий через единицу поверхности по всевозможным направлениям в пределах телесного полусферического угла, называется плотностью потока излучения Е, Вт/м²:

Е=dQ/dF , (4.1)

где dQ – лучистый поток ,испускаемый элементарной площадкой dF, Вт.

Лучистый поток со всей поверхности выражается интегралом:

Q=∫EdF (4.2)

Если плотность потока излучения для всех элементов излучаемого тела одинакова, то зависимость (2) переходит в соотношение:

Q=EF (4.3)

Плотность теплового потока показывает общее количество тепла, излучаемое 1м² во всех возможных направлениях. Количество тепла, излучаемое в определённом направлении, называют интенсивностью излучения. Интенсивностью излучения I называется тепловой поток излучения, отнесенный к единице телесного угла  осью которого является выбранное направление, и к единице поверхности расположенной в данной точке перпендикулярно к этому направлению.

Рис. 4.2. К определению интенсивности излучения

Интенсивность излучения связана с плотностью потока Е соотношением:

I=dE/d, (4.4)

где - телесный угол, измеряемый в стерадианах. Поэтому размерность I -Вт/м² стерадиан. Подставляя (2) в (3) с учетом определения интенсивности излучения получим:

I=d²Q/ddFcos φ . (4.5)

Все приведённые выше понятия используются при описании как интегрального так и спектрального излучения.

Спектральная интенсивность излучения -отношение интенсивности излучения, взятой в бесконечно малом интервале длин волн (λ , λ+ dλ), к этому интервалу:

=dI /dλ ,

где dI - интенсивность излучения, соответствующая интервалу длин волн (λ, λ+dλ)

Спектральная плотность потока излучения E – отношение плотности потока излучения взятой в бесконечно малом интервале длин волн (λ ,λ+dλ) ,к этому интервалу:

Е=dE/dλ.

Спектральный поток излучения Q– отношение потока излучения, взятого в бесконечно малом интервале длин волн (λ, λ+dλ), к этому интервалу.

Интегральные характеристики связаны со спектральными соотношениями.

I=∫Idλ, E=∫Edλ, Q=∫Qdλ.

4.1.3. Поглощательная, отражательная и пропускательная способность тела

Когда поток излучения из окружающей среды попадает на некоторое тело, то часть этого потока Q_отр отражается от тела, часть энергии Q_погл поглощается телом и часть пропускается телом Q_проп. Согласно закону сохранения энергии:

Q_пад=Q_погл+Q_отр+Q_проп . (4.6)

Рис. 4.3. Схема распределения падающей лучистой энергии

Разделив правую и левую части уравнения (4.6) на Q_пад , получим:

,

или

А+В+С=1. (4.7)

Первый член соотношения характеризует собой поглащательную способность А, второй – отражательную способность R, а третий пропускательную способность тела D. Все эти величины имеют нулевую размерность и изменяютмся в пределах от нуля до единицы.

Если А=1, то R=0 и D=0 - это означает, что вся падающая лучистая энергия полностью поглощается телом. Такие тела называются абсолютно чёрными.

Если R=1, то A=0 и D=0 - это означает, что вся подающая лучистая энергия полностью отражается. При этом, если отражение правильное (по законам геометрической оптики, т. е. угол падения равен углу отражения), то тело называется зеркальным, а если отражение диффузное - то абсолютно белым.

Если D=1, то A=0 и R=0 - это означает, что вся падающая лучистая энергия полностью проходит сквозь тело. Такие тела называют прозрачными или диатермичными.

Абсолютно чёрных, белых и прозрачных тел в природе нет; в применении к реальным телам эти понятия условны. Значения А,В и D зависят от природы тела, его температуры и спектра падающего излучения. Например, воздух для тепловых лучей прозрачен, но при наличии водяных паров и углекислоты он становится полупрозрачным.

Твёрдые тела и некоторые жидкости (вода, спирт) для тепловых лучей практически непрозрачны (атермичны), т.е. D=0. В этом случае A+R=1.

Из этого следует, что если тело плохо поглощает, то оно хорошо отражает и наоборот.