Ma’ruza kirish. Asosiy tushunchalar. Holat pametrlari

Nurlanishning asosiy qonunlari

1. Stеfan-Bo’ltsman qonuni.
Nurlanish enеrgiyasi bilan mutloq qora jismning mutloq haroratining to’rtinchi darajasiga tuqri proportsional:
Е = σ₀Т⁴ (151)

σ₀ – Bo’ltsman doimiysi; σ₀=5,67 Vt/m² K⁴.
Amaliy hisoblashlarda bu qonun quyidagicha ifodalanadi:

Q = C (T/100)⁴ F (152)

bu еrda: C – kulrang jismning nurlanish koeffitsiеnti,Vt/m²K⁴.

Bir-biridan shaffof muhit bilan ajratilgan, ikkita yassi, parallеl joylashgan, harorati yuqori bo’lgan jismda harorat past bo’lgan jismga nurlanish yo’li bilan o’tayotgan umumiy issiqlik oqimi quyidagi ifodadan topiladi:

Q_1-2 = C_кел F [(Т₁/100)⁴ – (Т₂/100)⁴] (153)

bu еrda: F – issiqlik almashinish yuzasi, m²;

C_kеl – kеltirilgan nurlanish koeffitsiеnti, Vt/m² K.

Vt/m² K (154)

bu еrda: T₁ , T₂ – nurlanuvchi jism va atrof muhitning mutloq harorati, ⁰C;

C₁ , C₂ – kulrang jismlarning nurlanish koeffitsiеnti;
C_o = 5,67 Vt/m² K – absolyut qora jismning nurlanish koeffitsiеnti.
C_kеl=с₀ ifodasidan aniqlanadi, - qoralik darajasi

Har xil nurlanuvchi tizimlarda nurlanish yo’li bilan issiqlik almashishni kamaytirish uchun ekranlardan foydalaniladi (56-rasm).

37-rasm. Ekranlarni nur tarqatishi:
1, 3-nur tarqatayotgan jism; 2- ekran

Agar ikkita yassi parallеl sirt orasiga ekran qo’yilsa va ekran ham, sirtlari ham bir xil matеrialdan tayyorlangan bulsa, u holda bеrilgan issiqlik miqdori i ikki marta kamayadi. Agar n – ta ekran qo’yilsa, bеrilgan issiqlik miqdori n=1 marta kamayadi.

2. Plank qonuni.
Bu qonun asolut qora jismning va istalgan jismning nurlantirish qobiliyati bilan harorat va to’lqin uzunligi orasidagi bog’lanishni ifodalaydi.
U quyidagi ifodadan aniqlanadi:


(155)

Bu erda: M_λ- mutloq qora jismning nurlantirish qobiliyati

λ- to’lqin uzunligi, m
C₁=3,74 10^-16 Plank doimiysi Vt m²
C₂=1,44 10^-2 Plank doimiysi mK

38-rasm. Nur tarqalishida haroratning o’zgarishi

3. Lambert qonuni:

Bu qonun nurlanayotgan jismning fazoda taqsimlanishi jadalligini harakterlaydi.

4. Vin qonuni:
Nurlanish intеnsivligi bilan to’lqin uzunligi orasidagi bug’lanishni ifodalaydi:
Тλ_max = 2,9·10^-3 mK
ya'ni maksimal to’lqin uzunlik jismlarning mutloq haroratiga bogliq bo’lib, u haroratni pasayishi tomonga yo’naladi.

5. Kirxgof qonuni:

Mutloq qora va kulrang jismlarning issiqlik nurlari yotish va xossalari orasidagi bug’lanishni ifodalaydi. U quyidagi ifoda orqali yoziladi:


(268)
bu еrda Е₀(T) – mutloq qora jismning xususiyati.
Bu qonun quyidagicha ta'riflanadi:
Jismlarning nurlanish xususiyatini yotish xususiyatiga nisbati barcha jismlar uchun bir xil bo’ladi, shu haroratdagi mutloq qora jismning nurlanish xususiyatiga tеng bo’ladi.
Bu qonunnning tеnglamasidan ko’rinib turibdiki, kulrang jismlarning qoralik darajasi son jihatidan uning yotish xususiyatiga tеng, ya'ni
А=ε .
ε – kattalik o’zgarmas bo’lgani uchun kulrang jismning yotish xususiyati to’l qin uzunligi va haroratga bog’liq emas.


Masala.
Diamеtri 120 mm bo’lgan quvur 400x400 mm² kеsimli kanalga o’rnatilgan. Quvur izolyatsiyasining sirtidagi harorat 127⁰ C. G’isht kanal 1 m quvurdan nurlanish orqali yoqolgan issiqlikni aniqlang. Sirtlardagi qorayish darajasi 0,93 ga tеng dеb olinsin.
Еchish:

_кел⁼

1 m quvurdan nurlanish orqali yoqolgan issiqlik:

Q=_келС₀ =342Vt

RADIAKTIV ISSIQLIK UZATILISHI

Nurlanish bu issiqlik uzatilishi jismoniy aloqalarsiz sodir bo’ladigan jarayon. Barcha qismlar atrofidagi bo’sh joylarga nur tarqatadi yoki elektromagnit to’lqin tarqatadi. Radiatsiya ultra binafsha, spectirlarning ko’rib bo’ladigan va ko’zga ko’rinmaydigan (infraqizil nurlar) nurlarni qismlari, va 0.1 dan 100 m gacha bo’lgan to’lqin uzunlikdagi nurlarni jamlaydi. Radiatsiya atom yoki molekula vibratsiyalarining ichida sodir bo’ladi va o kelvindan tashqari barch atempraturalarda yuz beradi. Bu radiatsiyalarning tezligi yoki quvvati (w/m2)(chizma 3.18 da ko’rilgandek) barcha to’lqin uzunliklari sohasida bir xil emas.¹³
U maksimani ko’rsatadi va uzun va qisqa to’lqin uzunliklari bo’ylab kamayib boradi. Radiatsiya quvvati tempratura bilan ortadi va qisqa to’lqin uzunligi bo’ylab maksima o’zgaradi. Egri to’lqin uzunligidagi tezligi ostidagi soha umumiy radiatsiya quvvatini tasvirlaydi. Real qismlar orqali issiqlik radiatsiyasini tarqalishi yo’naltiriladi, u jism atrofidagi bo’sh joylarda bir biriga o’xshagan nur sochmaydi. Issiqlik radiatsiyasining tabiatida ko’plab detallar muhokamasi 14-bobda ko’rsatilgan.
Asosiy qismda nur energiyasi bo’lganda, bazi energiyalar qaytadi, bazilari shimiladi, va bazilari esa uzatib yuboriladi. Radiasiya energiyasi hodisasi (w) va QR, QA, va QT mos ravishda qaytadi, shimiladi, va energiyani uzatadi. Yuqoridagi tenglamaning har ekala tomonini Qin orqali qismlarga ajratishda, (3.70) yoki R A T =1 (3.71) larni olamiz. Bu yerda R, A va T uzatilgan, qaytarilgan, shimilgan, energiyaning qismlari. Bu qismlar radiatsiyani qabul qilish materiallarining holat holat xarakteristikalarini aks ettiradi. (3.72).
Ideal shimish qismi barcha energiyani shimadi. Biz T =0 va R A =1 lar uchun nur o’tmaydigan qismlarni topamiz. Bu qism R va T no va A =1 bo’lgan hol uchun “qora qism” deb ataladi. Qaytarilgan issiqlik radiatsiyasi 0.1 va 100 mm sohadagi barcha elektromagnit to’lqnlardan tashkil topgan, qora qism bu to’lqin uzunligi hududi bo’ylab yemirilishga qodir bo’lishi kerak. Tarif orqali qora qism ideal shimish, shuningdek yaxshi chiqarish yoki radiatorni ko’rsatadi (o’zgarmas tempraturani ko’rib chiqishda).
Qora qismning radiatsiya quvvati uning absolyut tempraturasining to’rtinchi tempraturasiga bog’liq bo’ladi. Bu Stefan- Boltsmob qonuni deb ataladi.
E_o radiatsiya quvvati yoki issiqlik oqishi w/m² ; T K sohaning absolyut tempraturasi.
С_o proporsional o’zgarmas qiymat va u Stefan Boltsimonning doimiysi deb ataladi. Bu umumiy o’zgarmas va 5.67 va 10-8 w/m² qiymatga ega.
A (m²) sohaning qora sohasi (O_o) orqali umumiy energiyaning nurlanishi
Qo =Eo A =T⁴A w (3.74)
Stefan Boltismon doimiysi juda kichkina bo’lganligi sababli, biz enjinerlik hisoblanishlar uchun yuqoridagi tenglamani o’zgartiramiz.Haqiqiy Stefan Boltsman doimiysida 10-8 faktorlarning ko’rinishi ko’riladi. Biz bu o’zgartirishlarni har tomonlama ko’rib chiqamiz.
Qora qism juda ham foydali va ideal tushuncha. Bu yimirilish tanlanadi, bazi bir maxsus to’lqin uzunligi sohalari yoki uzunliklariga (lentalariga) chek qo’yiladi. Bu lentalar material xarakterestikasini bildiradi. Shunday qilib haqiqiy qismlar orqali tarqalgan nur energiyasi (3.73) tenglamadagi Eo ga nisbatan kam bo’ladi. Haqiqiy qismning tanlangan yemirilishining muammolarini hal qilishda “kulrang qism” tushunchasini kiritamiz. Kulrang qism nur chiqaradi va qora qismga o’xshagan barcha sipektrlar bo’ylab energiyani shimadi biroq intensivligi E Eo ga nisbatan kam bo’ladi. Shuning uchun kulrang qismda to’lqin uzunligini mustaqil yutish qobiliyati bo’ladi. Yashil qismning(E) radiatsiya energiyasining ulushi va qora qismning radiatsiya energiyasining ulushi tarqatish deb ataladi.
(3.73) tenglamadan.
E =Сo _ T⁴ w/m² (3.76)
Tarqatishning qiymati 1.0 dan kam bo’ladi va material, yuza ko’rinishiga, va tempraturaga bog’liq bo’ladi. Ma’lumotlarda ko’plab materiallarning tarqatish qiymati mavjud bo’ladi. Amalda esa haqiqiy qiymat ko’rinishi turlicha bo’lishi mumkin. Bu kitobda biz barcha qismlarni ko’rib chiqamiz. Bu bobning oxirida esa tadiaktiv o’tkazishdagi olingan barcha gaz qismlarini ko’rib chiqamiz.
Bular uchun, tasviri ko’rinmaydi va A T =1 bo’ladi.
Biz radiatsiyani shimishni, va nurlanishini yoki uni tarqayishini barcha qismlarni (qora, kulrang va boshqalari) ko’rib chiqdik. Radiatsiya shimishi quvvatining (A) ulushi va qora qism uchun tarqatilgan radiatsiya quvvati (E) izohda bir bo’ladi va u barcha quvvatni shimadi va uni orqaga qaytaradi. Boshqa qismlar uchun esa, radiatsiya quvvati E shimish quvvati A ga bisbatan kam bo’ladi. Kirchof qonuniga ko’ra barcha qismlar uchun shimish quvvatining va radiatsiya quvvati ning nisbati bir xil bo’ladi. U tempraturaga bog’liq va o’sha tempraturada qora qism orqali nurlanish quvvati teng bo’ladi.
ET qism orqali T tempraturada quvvat yuborilishi.
(3.76) va (3.78) tenglamalarni taqqoslash shimish A tarqatishda raqamli teng bo’lishini ko’rsatadi.