Тепловое излучение

Тепловое излучение — это электромагнитное излучение , испускаемое тепловым движением частиц вещества . Тепловое излучение передается как электромагнитная волна как через материю, так и через вакуум. Когда вещество поглощает тепловое излучение, его температура будет иметь тенденцию повышаться. Все вещества с температурой выше абсолютного нуля излучают тепловое излучение. Эмиссия энергии возникает в результате сочетания электронных, молекулярных и решеточных колебаний в материале. ^{[ 1 ]} Кинетическая энергия преобразуется в электромагнетизм за счет ускорения заряда или дипольных колебаний. При комнатной температуре большая часть излучения приходится на инфракрасный (ИК) спектр. ^{[ 2 ]}^: 73–86 Тепловое излучение — один из фундаментальных механизмов теплопередачи , наряду с проводимостью и конвекцией .

Основным методом передачи тепла Земле является тепловое излучение. Эта энергия частично поглощается и рассеивается в атмосфере , причем последний процесс является причиной того, что небо кажется голубым. ^{[ 3 ]} Большая часть солнечного излучения проходит через атмосферу к поверхности, где оно либо поглощается, либо отражается.

Тепловое излучение можно использовать для обнаружения объектов или явлений, обычно невидимых для человеческого глаза. Термографические камеры создают изображение, воспринимая инфракрасное излучение. Эти изображения могут отображать температурный градиент сцены и обычно используются для обнаружения объектов с более высокой температурой, чем окружающая их среда. В темной среде, где уровень видимого света низкий, инфракрасные изображения можно использовать для определения местонахождения животных или людей по температуре их тела. Космическое микроволновое фоновое излучение является еще одним примером теплового излучения.

Излучение черного тела — это концепция, используемая для анализа теплового излучения в идеализированных системах. Эта модель применима, если радиационный объект соответствует физическим характеристикам черного тела, находящегося в термодинамическом равновесии . ^{[ 4 ]}^: 278 Закон Планка описывает спектр излучения абсолютно черного тела и связывает радиационный тепловой поток от тела с его температурой. Закон смещения Вина определяет наиболее вероятную частоту испускаемого излучения, а закон Стефана-Больцмана дает интенсивность излучения. ^{[ 4 ]}^: 280 Если излучение черного тела не является точным приближением, излучение и поглощение можно смоделировать с помощью квантовой электродинамики (КЭД). ^{[ 1 ]}

Обзор

Тепловое излучение — это излучение электромагнитных волн всем веществом, температура которого превышает абсолютный ноль . ^{[ 5 ]}^{[ 2 ]} Тепловое излучение отражает преобразование тепловой энергии в электромагнитную энергию . Тепловая энергия – это кинетическая энергия случайных движений атомов и молекул в веществе. Он присутствует во всех веществах с ненулевой температурой. Эти атомы и молекулы состоят из заряженных частиц, т. е. протонов и электронов . Кинетические взаимодействия между частицами материи приводят к ускорению заряда и дипольным колебаниям. Это приводит к электродинамической генерации связанных электрических и магнитных полей, что приводит к испусканию фотонов , излучающих энергию от тела. Электромагнитное излучение, включая видимый свет, будет распространяться в вакууме бесконечно .

Характеристики теплового излучения зависят от различных свойств поверхности, от которой оно исходит, включая ее температуру и спектральную излучательную способность , что выражается законом Кирхгофа . ^{[ 5 ]} Излучение не является монохроматическим, т. е. оно не состоит только из одной частоты, а представляет собой непрерывный спектр энергий фотонов, его характеристический спектр. Если излучающее тело и его поверхность находятся в термодинамическом равновесии и поверхность имеет идеальную поглощающую способность на всех длинах волн, ее характеризуют как черное тело . Черное тело также является идеальным излучателем. Излучение таких совершенных излучателей называется излучением черного тела . Отношение излучения любого тела к излучению черного тела — это излучательная способность тела , поэтому черное тело имеет излучательную способность, равную единице.

Поглощающая способность, отражательная способность и излучательная способность всех тел зависят от длины волны излучения. Из-за взаимности поглощательная и излучательная способности для любой конкретной длины волны равны в равновесии: хороший поглотитель обязательно является хорошим излучателем, а плохой поглотитель — плохим излучателем. Температура определяет распределение длин волн электромагнитного излучения.

Распределение мощности, которую черное тело излучает с различной частотой, описывается законом Планка . При любой заданной температуре существует частота f _max , при которой излучаемая мощность максимальна. Закон смещения Вина и тот факт, что частота обратно пропорциональна длине волны, указывают на то, что пиковая частота f _max пропорциональна абсолютной температуре T черного тела. Фотосфера Солнца при температуре около 6000 К излучает преимущественно в видимой для человека части электромагнитного спектра. Атмосфера Земли частично прозрачна для видимого света, и свет, достигающий поверхности, поглощается или отражается. Поверхность Земли излучает поглощенное излучение, приближая поведение черного тела при температуре 300 К со спектральным пиком при f _max . На этих более низких частотах атмосфера в значительной степени непрозрачна, и излучение поверхности Земли поглощается или рассеивается атмосферой. Хотя около 10% этого излучения уходит в космос, большая часть поглощается, а затем повторно излучается атмосферными газами. Именно эта спектральная избирательность атмосферы ответственна за планетарную парниковый эффект , способствующий глобальному потеплению и изменению климата в целом (но также вносящий решающий вклад в стабильность климата, когда состав и свойства атмосферы не меняются).

История

Древняя Греция

горящие стаканы Известно, что датируются примерно 700 годом до нашей эры. Одно из первых точных упоминаний о горящих стеклах появляется в Облака комедии Аристофана « » , написанной в 423 году до нашей эры. ^{[ 6 ]} Согласно анекдоту о тепловых лучах Архимеда , Архимед якобы разработал зеркала для концентрации тепловых лучей, чтобы сжечь атакующие римские корабли во время осады Сиракуз ( ок. 213–212 до н.э.), но никакие источники того времени не были подтверждены. . ^{[ 6 ]} «Катоптрика» — это книга, приписываемая Евклиду, о том, как фокусировать свет для получения тепла, но книга могла быть написана в 300 году нашей эры. ^{[ 6 ]}

Ренессанс

В тот же период Санторио Санторио изобрел один из первых термоскопов . В 1612 году он опубликовал свои результаты по тепловому эффекту от Солнца и попытки измерить тепло от Луны. ^{[ 6 ]}

Ранее в 1589 году Джамбаттиста делла Порта сообщил о жаре, который возмущало его лицо, излучаемом удаленной свечой и усиливаемом вогнутым металлическим зеркалом. Он также сообщил об ощущении охлаждения от твердой ледяной глыбы. ^{[ 6 ]} Эксперимент Делла Порта будет повторяться много раз с возрастающей точностью. Он был воспроизведен астрономами Джованни Антонио Маджини и Кристофером Хейдоном в 1603 году и предоставил инструкции Рудольфу II, императору Священной Римской империи, который выполнил его в 1611 году. В 1660 году эксперимент Делла Порта был обновлен Академией дель Чименто с использованием термометра, изобретенного Фердинандом II. , великий герцог Тосканы . ^{[ 6 ]}

Просвещение

В 1761 году Бенджамин Франклин написал письмо, описывающее свои эксперименты по изучению взаимосвязи между цветом и поглощением тепла. ^{[ 7 ]} Он обнаружил, что одежда темного цвета под воздействием солнечного света нагревается сильнее, чем одежда светлого цвета. Один из экспериментов, которые он провел, заключался в том, что в солнечный день на снегу кладут квадратные куски ткани разного цвета. Он подождал некоторое время, а затем измерил, что черные куски погружаются в снег глубже всех цветов, что указывает на то, что они нагреваются сильнее всего и растапливают больше всего снега.

Теория калорийности

Антуан Лавуазье считал, что излучение тепла связано с состоянием поверхности физического тела, а не с материалом, из которого оно состоит. ^{[ 8 ]} Лавуазье описал плохой радиатор как вещество с полированной или гладкой поверхностью, поскольку его молекулы лежат в плоскости, тесно связанной друг с другом, создавая поверхностный слой теплородной жидкости, который изолирует высвобождение остального внутри. ^{[ 8 ]} Он описал большой радиатор как вещество с шероховатой поверхностью, поскольку лишь небольшое количество молекул удерживает тепло в пределах данной плоскости, обеспечивая больший выход изнутри. ^{[ 8 ]} Граф Румфорд позже назвал это объяснение движения калорий недостаточным для объяснения того, что излучение холода стало предметом разногласий для теории в целом. ^{[ 8 ]}

В своих первых мемуарах Огюстен-Жан Френель ответил на точку зрения, которую он извлек из французского перевода « Исаака Ньютона Оптики» . Он говорит, что Ньютон представлял себе, что частицы света пересекают пространство, не сдерживаясь заполняющей его тепловой средой, и опровергает эту точку зрения (Ньютон никогда на самом деле не придерживался), говоря, что тело при освещении будет бесконечно нагреваться. ^{[ 9 ]}

В Марка-Огюста Пикте знаменитом эксперименте 1790 года сообщалось, что термометр обнаружил более низкую температуру, когда набор зеркал использовался для фокусировки «холодных лучей» от холодного объекта. ^{[ 10 ]}

В 1791 году коллега Пикте Пьер Прево ввел концепцию лучистого равновесия , согласно которой все объекты одновременно излучают и поглощают тепло. ^{[ 11 ]} Когда объект холоднее, чем его окружение, он поглощает больше тепла, чем излучает, в результате чего его температура увеличивается до тех пор, пока он не достигнет равновесия. Даже в состоянии равновесия он продолжает излучать тепло, уравновешивая поглощение и излучение. ^{[ 11 ]}

Открытие инфракрасного излучения приписывают астроному Уильяму Гершелю . Гершель опубликовал свои результаты в 1800 году перед Лондонским королевским обществом . Гершель использовал призму для преломления света солнечного и обнаружил тепловые лучи за пределами красной части спектра как повышение температуры, зафиксированное термометром в этой области. ^{[ 12 ]}^{[ 13 ]}

Теория эфира

Во-первых, более ранняя теория, основанная на концепции гипотетической среды, называлась эфиром . Эфир якобы заполняет все эвакуированные или неэвакуированные пространства. Передача света или лучистого тепла возможна благодаря распространению электромагнитных волн в эфире. ^{[ 14 ]} Волны теле- и радиовещания представляют собой разновидности электромагнитных волн определенной длины волны . ^{[ 15 ]} Все электромагнитные волны движутся с одинаковой скоростью; следовательно, более короткие волны связаны с высокими частотами. Поскольку каждое тело или жидкость погружены в эфир, из-за вибрации молекул любое тело или жидкость потенциально может инициировать электромагнитную волну. Все тела генерируют и принимают электромагнитные волны за счет своей запасенной энергии. ^{[ 15 ]}

В 1860 году Густав Кирхгоф опубликовал математическое описание теплового равновесия (т.е. закон теплового излучения Кирхгофа ). ^{[ 16 ]}^{: 275–301} К 1884 году излучательная способность идеально черного тела была выведена Йозефом Стефаном на основе экспериментальных измерений Джона Тиндаля и выведена Людвигом Больцманом на основе фундаментальных статистических принципов. ^{[ 17 ]} Это соотношение известно как закон Стефана-Больцмана .

Квантовая теория

Микроскопическая теория излучения наиболее известна как квантовая теория и была впервые предложена Максом Планком в 1900 году. ^{[ 14 ]} Согласно этой теории, энергия, излучаемая излучателем, не непрерывна, а имеет форму квантов. Планк заметил, что энергия излучается в квантах частоты вибрации, как и в волновой теории. ^{[ 18 ]} Энергия E электромагнитной волны в вакууме находится по выражению E = hf , где h — постоянная Планка , а f — ее частота.

Тела при более высоких температурах излучают излучение на более высоких частотах с возрастающей энергией на квант. Хотя распространение электромагнитных волн всех длин волн часто называют «излучением», тепловое излучение часто ограничивается видимым и инфракрасным диапазонами. Для инженерных целей можно сказать, что тепловое излучение — это форма электромагнитного излучения, которая зависит от природы поверхности и ее температуры. ^{[ 14 ]}

Волны излучения могут распространяться по необычным схемам по сравнению с тепловым потоком проводимости . Излучение позволяет волнам проходить от нагретого тела через холодную непоглощающую или частично поглощающую среду и снова достигать более теплого тела. ^{[ 14 ]} Примером могут служить волны излучения, которые движутся от Солнца к Земле.

Характеристики

Эмиссия

Излучение тепла обычно обозначается словом « испускание» . ^{[ 3 ]}^: 4 Часто говорят, что поверхности «излучают» радиацию, однако это всего лишь упрощение. Согласно закону сохранения энергии, излучение всегда происходит за счет других видов энергии (электрической, химической и т. д.). Следовательно, тепло могут излучать только материальные частицы, а не геометрические объемы или поверхности. В действительности излучение исходит от частиц внутри тела и проходит через его поверхности.

Распространение

Распространение излучения в среде, которая считается однородной, изотропной и покоящейся, происходит прямолинейно и имеет одинаковую скорость во всех направлениях. ^{[ 3 ]}^: 7–8 Если тепловое излучение не распространяется в вакууме, оно со временем затухает по мере рассеяния энергии.

Рассеяние происходит из-за наличия в каждой среде разрывов, возникающих из-за ее атомной структуры. Примером рассеяния является рассеяние теплового излучения Солнца после входа в атмосферу Земли. В ясный полдень только около двух третей этого излучения действительно достигает поверхности. Остальное перехватывается частицами в воздухе и в процессе превращается в тепло. Рассеяние заметно больше для лучей с меньшей длиной волны; отсюда и синий цвет светового люка.

Поглощение, отражение и передача

Когда тепловой луч достигает тела, они могут взаимодействовать тремя различными способами:

Тело может поглощать тепло
Тело может отражать тепло
Тепло может передаваться через тело

Поглощение и отражение обычно моделируются как поверхностные явления, происходящие в пределах долей микрометра поверхности. ^{[ 19 ]}^: 801 Например, хорошо отполированный кусок стали будет иметь высокую отражающую способность, независимо от материала под поверхностью. С другой стороны, трансмиссия представляет собой объемное явление, зависящее от свойств всей толщины тела. Например, стеклянное окно должно быть полупрозрачным по всей своей толщине, чтобы сквозь него проходило излучение.

Термин «поглощение» используется для описания перехода тепла в другие формы энергии при контакте с частицей или телом. ^{[ 3 ]}^: 11 Поглощать тепловые лучи могут только частицы материала, а не элементы поверхностей. Для данной частоты излучения все среды имеют коэффициент поглощения , $\alpha$ это показывает, сколько тепла будет поглощено на единицу расстояния через среду.

Взаимность

Скорость электромагнитного излучения, испускаемого на данной частоте, пропорциональна величине поглощения, которое оно испытает источником, - свойство, известное как взаимность . Таким образом, поверхность, которая поглощает больше красного света, термически излучает больше красного света. Этот принцип применим ко всем свойствам волны, включая длину волны (цвет), направление, поляризацию и даже когерентность . Следовательно, возможно иметь поляризованное, когерентное и направленное тепловое излучение; хотя поляризованные и когерентные формы довольно редки в природе вдали от источников (с точки зрения длины волны).

Частота

Сравнение теплового изображения (вверху) и обычной фотографии (внизу). Пластиковый пакет в основном прозрачен для длинноволнового инфракрасного излучения, но очки мужчины непрозрачны.
Тепловое излучение, испускаемое телом при любой температуре, состоит из широкого диапазона частот. Распределение частот определяется законом Планка об излучении черного тела для идеализированного излучателя, как показано на диаграмме вверху.
Преобладающий частотный (или цветовой) диапазон излучаемого излучения смещается в сторону более высоких частот по мере повышения температуры излучателя. Например, раскаленный докрасна объект излучает преимущественно длинные волны (красный и оранжевый) видимого диапазона. Если его нагревать дальше, он также начинает излучать заметное количество зеленого и синего света, а разброс частот во всем видимом диапазоне приводит к тому, что человеческому глазу он кажется белым; он раскален добела . Даже при температуре 2000 К 99% энергии излучения все еще находится в инфракрасном диапазоне. Это определяется законом смещения Вина . На диаграмме пиковое значение каждой кривой смещается влево по мере увеличения температуры.

Субъективный на глаз цвет теплового радиатора с черным корпусом
°С (°Ф)	Субъективный цвет ^{[ 20 ]}
480 ° С (896 ° F)	слабое красное свечение
580 ° С (1076 ° F)	темно-красный
730 ° С (1350 ° F)	ярко-красный, слегка оранжевый
930 ° С (1710 ° F)	ярко-оранжевый
1100 ° С (2010 ° F)	бледно-желтовато-оранжевый
1300 ° С (2370 ° F)	желтовато-белый
> 1400 °C (2550 °F)	белый (желтоватый, если смотреть издалека через атмосферу)

Температура

Полная интенсивность излучения черного тела возрастает как четвертая степень абсолютной температуры, что выражается законом Стефана-Больцмана . Кухонная духовка при температуре, примерно вдвое превышающей комнатную температуру по абсолютной шкале температур (600 К против 300 К), излучает в 16 раз больше энергии на единицу площади. Объект, имеющий температуру нити накаливания лампы накаливания — примерно 3000 К, или в 10 раз выше комнатной температуры, — излучает в 10 000 раз больше энергии на единицу площади.

Что касается статистики фотонов , тепловой свет подчиняется суперпуассоновской статистике .

Основополагающие принципы

Тепловое излучение — один из трёх основных механизмов теплопередачи . Это влечет за собой излучение спектра электромагнитного излучения в зависимости от температуры объекта. Другими механизмами являются конвекция и проводимость .

Электромагнитные волны

Тепловое излучение отличается от проводимости и конвекции тем, что оно не требует среды и фактически достигает максимальной эффективности в вакууме . Тепловое излучение — это тип электромагнитного излучения , которое часто моделируется распространением волн. Эти волны имеют стандартные волновые свойства частоты, $\nu$ и длина волны , $\lambda$ которые связаны уравнением $\lambda ={\frac {c}{\nu }}$ где $c$ это скорость света в среде. ^{[ 19 ]}^: 769

Облучение

Тепловое облучение — это скорость, с которой излучение падает на поверхность на единицу площади. ^{[ 19 ]}^: 771 Измеряется в ваттах на квадратный метр. Излучение может отражаться , поглощаться или передаваться . Тогда компоненты облучения можно охарактеризовать уравнением

\alpha +\rho +\tau =1\,

где, $\alpha \,$ представляет поглощающую способность , $\rho \,$ отражательная способность и $\tau \,$ пропускаемость . ^{[ 19 ]}^: 772 Эти компоненты являются функцией длины волны электромагнитной волны, а также свойств материала среды.

Поглощающая и излучательная способность

Спектральное поглощение равно излучательной способности $\epsilon$ ; это соотношение известно как закон теплового излучения Кирхгофа . Объект называется черным телом , если это справедливо для всех частот и применяется следующая формула:

\alpha =\epsilon =1.\,

Спектральный отклик двух красок и зеркальной поверхности в видимом и инфракрасном диапазонах. От НАСА.

Если объекты кажутся белыми (отражающими в визуальном спектре ), они не обязательно одинаково отражают (и, следовательно, не излучают) в тепловом инфракрасном диапазоне – см. диаграмму слева. Большинство бытовых радиаторов окрашены в белый цвет, что вполне разумно, учитывая, что они недостаточно горячие, чтобы излучать сколько-нибудь значительное количество тепла, и вообще не предназначены для использования в качестве тепловых радиаторов – вместо этого они на самом деле являются конвекторами , и покрасить их в матовый черный цвет мало что даст. разница в их эффективности. Белые краски на основе акрила и уретана имеют эффективность излучения черного тела 93% при комнатной температуре. ^{[ 21 ]} (имеется в виду, что термин «черное тело» не всегда соответствует визуально воспринимаемому цвету объекта). Эти материалы, которые не соответствуют требованию «черный цвет = высокая излучательная способность/поглощающая способность», скорее всего, будут иметь функциональную спектральную зависимость излучательной способности/поглощающей способности.

Только действительно серые системы (относительная эквивалентная излучательная способность/поглощающая способность и отсутствие зависимости коэффициента пропускания от направления во всех рассматриваемых телах контрольного объема) могут достичь разумных оценок стационарного теплового потока с помощью закона Стефана-Больцмана. Встреча с такой «идеально вычислимой» ситуацией практически невозможна (хотя обычные инженерные процедуры отказываются от зависимости этих неизвестных переменных и «предполагают», что это так). С оптимистической точки зрения, эти «серые» приближения будут близки к реальным решениям, поскольку большая часть расхождений с решениями Стефана-Больцмана очень мала (особенно в большинстве стандартных лабораторных сред с температурой и давлением).

Отражательная способность

Отражательная способность отличается от других свойств тем, что она двунаправленная по своей природе. Другими словами, это свойство зависит как от направления падения излучения, так и от направления отражения. Поэтому отраженные лучи спектра излучения, падающие на реальную поверхность в заданном направлении, образуют неправильную форму, которую трудно предсказать. На практике часто предполагается, что поверхности отражают либо идеально зеркально, либо рассеянно. При зеркальном отражении углы отражения и падения равны. При диффузном отражении излучение отражается одинаково во всех направлениях. Отражение от гладких и полированных поверхностей можно считать зеркальным, тогда как отражение от шероховатых поверхностей приближается к диффузному отражению. ^{[ 14 ]} При радиационном анализе поверхность считается гладкой, если высота шероховатости поверхности намного меньше длины волны падающего излучения.

пропускаемость

Среда, которая не испытывает передачи ( $\tau =0$ ) непрозрачен, и в этом случае сумма поглощающей способности и отражательной способности равна единице: $\rho +\alpha =1.$

Интенсивность излучения

Излучение, испускаемое поверхностью, может распространяться в любом направлении от поверхности. ^{[ 19 ]}^: 773 Облучение также может падать на поверхность с любого направления. Таким образом, количество облучения на поверхности зависит от относительной ориентации как излучателя, так и приемника. Параметр интенсивности излучения, $I$ используется для количественной оценки того, сколько излучения проходит от одной поверхности к другой.

Интенсивность радиации часто моделируется с использованием сферической системы координат . ^{[ 19 ]}^: 773

Эмиссионная мощность

Мощность излучения — это скорость, с которой излучение излучается на единицу площади. ^{[ 19 ]}^: 776 Это мера теплового потока . Полная излучательная мощность поверхности обозначается как $E$ и может быть определено, $E=\pi I$ где $\pi$ измеряется в стерадианах и $I$ это общая интенсивность.

Полную излучательную мощность также можно найти путем интегрирования спектральной излучательной мощности по всем возможным длинам волн. ^{[ 19 ]}^: 776 Это рассчитывается как, $E=\int _{0}^{\infty }E_{\lambda }(\lambda )d\lambda$ где $\lambda$ представляет длину волны.

Спектральную излучательную мощность также можно определить по спектральной интенсивности: $I_{\lambda }$ следующее,

$E_{\lambda }(\lambda )=\pi I_{\lambda }(\lambda )$ где и спектральная мощность излучения, и интенсивность излучения являются функциями длины волны. ^{[ 19 ]}^: 776

Излучение черного тела

«Чёрное тело» — это тело, которое обладает свойством пропускать все падающие лучи без отражения от поверхности и не позволять им выходить снова. ^{[ 16 ]}

Черные тела — это идеализированные поверхности, которые действуют как идеальный поглотитель и излучатель. ^{[ 19 ]}^{: 782–783} Они служат стандартом, с которым сравниваются реальные поверхности при характеристике теплового излучения. Черное тело определяется тремя характеристиками:

Черное тело поглощает все падающее излучение независимо от длины волны и направления.
Ни одна поверхность не может излучать больше энергии, чем черное тело при заданной температуре и длине волны.
Черное тело является диффузным излучателем.

Распределение Планка

Спектральная интенсивность черного тела, $I_{\lambda ,b}$ впервые определил Макс Планк. ^{[ 3 ]} Оно определяется законом Планка на единицу длины волны как: $I_{\lambda ,b}(\lambda ,T)={\frac {2hc^{2}}{\lambda ^{5}}}\cdot {\frac {1}{e^{hc/k_{\rm {B}}T\lambda }-1}}$ Эта формула математически следует из расчета спектрального распределения энергии в квантованном электромагнитном поле, находящемся в полном тепловом равновесии с излучающим объектом. Закон Планка показывает, что энергия излучения увеличивается с температурой, и объясняет, почему пик спектра излучения смещается в сторону более коротких волн при более высоких температурах. Также можно обнаружить, что энергия, излучаемая на более коротких волнах, увеличивается с температурой быстрее по сравнению с более длинными волнами. ^{[ 22 ]}

Уравнение выводится как бесконечная сумма по всем возможным частотам в области полусферы. Энергия, $E=h\nu$ , каждого фотона умножается на количество состояний, доступных на этой частоте, и вероятность того, что каждое из этих состояний будет занято.

Закон Стефана-Больцмана

Распределение Планка можно использовать для определения спектральной излучательной способности черного тела. $E_{\lambda ,b}$ следующее, ^{[ 19 ]}^{: 784–785}

$E_{\lambda ,b}=\pi I_{\lambda ,b}.$

Полная излучательная способность черного тела затем рассчитывается как: $E_{b}=\int _{0}^{\infty }\pi I_{\lambda ,b}d\lambda .$ Решение приведенного выше интеграла дает удивительно элегантное уравнение для полной излучательной способности черного тела, закон Стефана-Больцмана , который задается как: $E_{b}=\sigma T^{4}$ где $\sigma$ — постоянная Стеффана-Больцмана .

Закон смещения Вина

Длина волны $\lambda \,$ для которого интенсивность излучения наибольшая, определяется законом смещения Вина как:

\lambda _{\text{max}}={\frac {b}{T}}

Константы

Определения констант, используемых в приведенных выше уравнениях:

Символ	Постоянное имя	Значение в единицах СИ
$h\,$	Постоянная Планка	6.626 069 3(11)×10 ⁻³⁴ Дж·с
$b\,$	Константа смещения Вина	2.897 768 5(51)×10 ⁻³ м·К
$k_{\rm {B}}\,$	постоянная Больцмана	1.380 650 5(24)×10 ⁻²³ Дж·К ⁻¹
$\sigma \,$	Константа Стефана – Больцмана	5.670 373 (21)×10 ⁻⁸ Вт·м ⁻²·К ⁻⁴
$c\,$	Скорость света	299 792 458 м·с ⁻¹

Переменные

Определения переменных с примерами значений:

$T$	Абсолютная температура	Используемые выше единицы измерения должны быть в кельвинах (например, средняя температура поверхности Земли = 288 К).
$A$	поверхности Площадь	Кубоид _ab = 2 + 2 bc + 2 ac ; Цилиндр _; = 2 π·r ( h + r ) Сфера _r = 4 π· ²

Излучение от нечерных поверхностей

Для поверхностей, которые не являются черными телами, необходимо учитывать коэффициент излучения (обычно зависящий от частоты). $\epsilon (\nu )$ . Перед интегрированием этот коэффициент необходимо умножить на формулу спектра излучения. Если принять ее за константу, то результирующую формулу для выходной мощности можно записать так, чтобы она содержала $\epsilon$ как фактор:

P=\epsilon \sigma AT^{4}

Этот тип теоретической модели с частотно-независимым коэффициентом излучения ниже, чем у идеально черного тела, часто называют серым телом . Для частотно-зависимой излучательной способности решение для интегральной мощности зависит от функциональной формы зависимости, хотя в целом для нее не существует простого выражения. Практически говоря, если излучательная способность тела примерно постоянна вокруг пиковой длины волны излучения, модель серого тела имеет тенденцию работать довольно хорошо, поскольку вес кривой вокруг пикового излучения имеет тенденцию доминировать над интегралом.

Теплообмен между поверхностями

Расчет радиационного теплопереноса между группами объектов, включая «полость» или «окружение», требует решения системы одновременных уравнений с использованием метода излучательности . В этих расчетах геометрическая конфигурация задачи сводится к набору чисел, называемых коэффициентами обзора , которые определяют долю излучения, покидающего любую заданную поверхность и попадающего на другую конкретную поверхность. Эти расчеты важны в области солнечной тепловой энергии , проектирования котлов и печей и компьютерной графики с трассировкой лучей .

Чистая . радиационная передача тепла от одной поверхности к другой представляет собой излучение, покидающее первую поверхность на другую, за вычетом излучения, поступающего со второй поверхности

Для черных тел скорость передачи энергии от поверхности 1 к поверхности 2 равна:
${\dot {Q}}_{1\rightarrow 2}=A_{1}E_{b1}F_{1\rightarrow 2}-A_{2}E_{b2}F_{2\rightarrow 1}$

где $A$ площадь поверхности, $E_{b}$ - поток энергии (скорость излучения на единицу площади поверхности) и $F_{1\rightarrow 2}$ — коэффициент обзора от поверхности 1 до поверхности 2. Применяя правило взаимности для коэффициентов обзора, $A_{1}F_{1\rightarrow 2}=A_{2}F_{2\rightarrow 1}$ и закон Стефана–Больцмана , $E_{b}=\sigma T^{4}$ , дает:

${\dot {Q}}_{1\rightarrow 2}=\sigma A_{1}F_{1\rightarrow 2}\left(T_{1}^{4}-T_{2}^{4}\right)\!$
где $\sigma$ – постоянная Стефана–Больцмана и $T$ это температура. ^{[ 18 ]} Отрицательное значение для ${\dot {Q}}$ указывает на то, что чистая радиационная теплопередача происходит от поверхности 2 к поверхности 1.
Для двух поверхностей серого тела, образующих корпус, скорость теплопередачи равна:
${\dot {Q}}={\frac {\sigma \left(T_{1}^{4}-T_{2}^{4}\right)}{\displaystyle {\frac {1-\epsilon _{1}}{A_{1}\epsilon _{1}}}+{\frac {1}{A_{1}F_{1\rightarrow 2}}}+{\frac {1-\epsilon _{2}}{A_{2}\epsilon _{2}}}}}$
где $\epsilon _{1}$ и $\epsilon _{2}$ – коэффициенты излучения поверхностей. ^{[ 18 ]}

Формулы радиационной теплопередачи можно вывести для более конкретных или более сложных физических расположений, например, между параллельными пластинами, концентрическими сферами и внутренними поверхностями цилиндра. ^{[ 18 ]}

Приложения

Тепловое излучение является важным фактором во многих инженерных приложениях, особенно в тех, которые имеют дело с высокими температурами.

Солнечная энергия

Электромагнитное излучение Солнца имеет максимальную длину волны около 550 нм. ^{[ 1 ]}

Концентраторы

Тепловое излучение можно сконцентрировать в крошечном пятне с помощью отражающих зеркал, что сконцентрировать солнечную энергию позволяет . Вместо зеркал линзы Френеля также можно использовать для концентрации лучистой энергии . В принципе, можно использовать любой тип линзы, но для очень больших линз практична только конструкция линзы Френеля. Любой метод можно использовать для быстрого превращения воды в пар с помощью солнечного света. Например, солнечный свет, отраженный от зеркал, нагревает солнечную электростанцию PS10 , а днем она может нагревать воду до 285 °C (558 K; 545 °F).

Коллекционеры

Селективную поверхность можно использовать, когда энергия извлекается из Солнца. Селективные поверхности также можно использовать на солнечных коллекторах. Мы можем узнать, насколько полезно селективное покрытие поверхности, взглянув на равновесную температуру пластины, нагреваемой солнечным излучением. Если пластина получает солнечное излучение мощностью 1350 Вт/м. ² (минимум 1325 Вт/м ² 4 июля и максимум 1418 Вт/м. ² 3 января) от Солнца температура пластины, из которой выходящая радиация равна получаемой пластиной радиации, составляет 393 К (248 °F). Если пластина имеет селективную поверхность с коэффициентом излучения 0,9 и длиной волны отсечки 2,0 мкм, равновесная температура составляет примерно 1250 К (1790 °F). Расчеты были выполнены без учета конвективной теплопередачи и без учета солнечного излучения, поглощенного облаками/атмосферой для простоты, теория остается той же самой для реальной задачи.

Лампы накаливания

Лампа накаливания имеет спектр, перекрывающий спектры черного тела Солнца и Земли. Некоторые фотоны, излучаемые вольфрамовой лампочкой при температуре 3000 К, находятся в видимом спектре. Большая часть энергии связана с фотонами с более длинными волнами; они не помогают человеку видеть, но все же передают тепло окружающей среде, как можно установить эмпирически, наблюдая за лампочкой накаливания.

Тепловой комфорт

Тепловое излучение играет решающую роль в обеспечении комфорта человека, влияя на восприятие температуры . Для повышения теплового комфорта были разработаны различные технологии, включая персональные устройства отопления и охлаждения.

Средняя лучистая температура — это показатель, используемый для количественной оценки обмена лучистым теплом между человеком и окружающей средой.

Персональное отопление

Излучающие персональные обогреватели — это устройства, которые преобразуют энергию в инфракрасное излучение и предназначены для повышения воспринимаемой пользователем температуры. Обычно они бывают газовыми или электрическими. В бытовых и коммерческих целях газовые излучающие обогреватели могут создавать более высокий тепловой поток, чем электрические обогреватели, которые ограничены величиной тока, который может проходить через автоматический выключатель.

Персональное охлаждение

Технология персонализированного охлаждения является примером применения, в котором может быть полезна оптическая спектральная избирательность. Обычное индивидуальное охлаждение обычно достигается за счет теплопроводности и конвекции. Однако человеческое тело является очень эффективным излучателем инфракрасного излучения, что обеспечивает дополнительный механизм охлаждения. Большинство обычных тканей непрозрачны для инфракрасного излучения и блокируют тепловое излучение от тела в окружающую среду. Были предложены ткани для персонализированного охлаждения, которые позволяют инфракрасному излучению напрямую проходить через одежду, но при этом являются непрозрачными в видимых длинах волн, позволяя пользователю сохранять прохладу.

Окна

Низкоэмиссионные окна в домах представляют собой более сложную технологию, поскольку они должны иметь низкую излучательную способность на тепловых волнах, оставаясь при этом прозрачными для видимого света. Чтобы уменьшить передачу тепла от поверхности, такой как стеклянное окно, на внутреннюю часть поверхности можно нанести прозрачную отражающую пленку с покрытием с низкой излучательной способностью. «Покрытия с низкой эмиссией (low-E) представляют собой микроскопически тонкие, практически невидимые слои металла или оксидов металлов, наносимые на поверхность остекления окон или световых люков в первую очередь для уменьшения U-фактора путем подавления радиационного теплового потока». ^{[ 23 ]} Добавляя это покрытие, мы ограничиваем количество излучения, выходящего из окна, тем самым увеличивая количество тепла, удерживаемого внутри окна.

Космический корабль

Блестящие металлические поверхности имеют низкий коэффициент излучения как в видимом диапазоне волн, так и в дальнем инфракрасном диапазоне. Такие поверхности можно использовать для уменьшения теплопередачи в обоих направлениях; примером этого является многослойная изоляция, используемая для изоляции космических кораблей.

Поскольку любое электромагнитное излучение, включая тепловое, передает не только энергию, но и импульс, тепловое излучение также вызывает очень небольшие силы на излучающие или поглощающие объекты. Обычно эти силы незначительны, но их необходимо учитывать при рассмотрении навигации космического корабля. Аномалия «Пионера» , когда движение корабля слегка отклонялось от ожидаемого только за счет гравитации, в конечном итоге была связана с асимметричным тепловым излучением космического корабля. Аналогичным образом, орбиты астероидов изменяются, поскольку астероид поглощает солнечную радиацию на стороне, обращенной к Солнцу, но затем повторно излучает энергию под другим углом, поскольку вращение астероида уносит теплую поверхность из поля зрения Солнца ( YORP эффект ).

Наноструктуры

Наноструктуры со спектрально-селективными свойствами теплового излучения предлагают многочисленные технологические применения для производства энергии и повышения эффективности. ^{[ 24 ]} например, для дневного радиационного охлаждения фотоэлектрических элементов и зданий. Эти приложения требуют высокого коэффициента излучения в диапазоне частот, соответствующем окну прозрачности атмосферы, в диапазоне длин волн от 8 до 13 микрон. Таким образом, селективный излучатель, сильно излучающий в этом диапазоне, подвергается воздействию ясного неба, что позволяет использовать космическое пространство в качестве теплоотвода с очень низкой температурой. ^{[ 25 ]}

Здоровье и безопасность

Метаболическая регуляция температуры

На практике при комнатной температуре люди теряют значительную энергию из-за инфракрасного теплового излучения в дополнение к потерям за счет проводимости в воздух (чему способствует одновременная конвекция или другое движение воздуха, например, сквозняки). Потерянная тепловая энергия частично восстанавливается за счет поглощения теплового излучения от стен или другого окружения. Человеческая кожа имеет коэффициент излучения, очень близкий к 1,0. ^{[ 26 ]} Человек ростом около 2 м. ² на площади поверхности и при температуре около 307 К непрерывно излучает около 1000 Вт. Если люди находятся в помещении, окруженные поверхностями с температурой 296 К, они получают обратно около 900 Вт от стен, потолка и других окружающих помещений, в результате чего получается чистая потеря 100 Вт. Эти оценки сильно зависят от внешних переменных, таких как ношение одежды.

Светлые цвета, а также белые и металлические вещества меньше поглощают световой свет и, как следствие, меньше нагреваются. Однако цвет мало влияет на теплообмен между объектом при повседневной температуре и его окружением. Это связано с тем, что доминирующие длины волн излучения находятся не в видимом спектре, а в инфракрасном. Коэффициент излучения на этих длинах волн в значительной степени не связан с визуальным коэффициентом излучения (видимые цвета); в дальнем инфракрасном диапазоне большинство объектов имеют высокий коэффициент излучения. Таким образом, за исключением солнечного света, цвет одежды мало влияет на тепло; Точно так же цвет краски домов мало влияет на теплоту, за исключением тех случаев, когда окрашенная часть освещена солнечным светом.

Бернс

Тепловое излучение — это явление, которое может обжечь кожу и воспламенить легковоспламеняющиеся материалы. Время повреждения от воздействия теплового излучения является функцией скорости передачи тепла. Радиационный тепловой поток и эффекты представлены следующим образом: ^{[ 27 ]}

кВт/м ²	Эффект
170	Максимальный поток, измеренный в после пробоя отсеке
80	Испытание теплозащитных характеристик средств индивидуальной защиты
52	ДВП воспламеняется за пять секунд.
29	Дерево воспламеняется со временем
20	Типичное начало пробоя на уровне пола жилого помещения.
16	Кожа человека второй степени : внезапная боль и ожоги . через 5 секунд
12.5	Древесина выделяет легковоспламеняющиеся летучие вещества в результате пиролиза.
10.4	Кожа человека: боль через 3 секунды, ожоги второй степени через 9 секунд.
6.4	Кожа человека: ожоговые волдыри второй степени через 18 секунд.
4.5	Кожа человека: ожоговые волдыри второй степени через 30 секунд.
2.5	Кожа человека: ожоги при длительном воздействии, воздействие лучистого потока, обычно возникающее при тушении пожаров.
1.4	Солнечный свет , солнечные ожоги возможны в течение 30 минут. Солнечный ожог НЕ является термическим ожогом. Это вызвано повреждением клеток под воздействием ультрафиолетового излучения.

Радиационная теплопередача в ближнем поле

На расстояниях в масштабе длины волны излучаемой электромагнитной волны или меньше закон Планка не является точным. Для объектов такого размера и близко расположенных друг к другу квантовое туннелирование электромагнитных волн оказывает существенное влияние на скорость излучения. ^{[ 1 ]}

Для меньших расстояний от теплового источника или поверхности необходимо использовать более сложную структуру, включающую электромагнитную теорию. Например, хотя тепловое излучение в дальней зоне на расстояниях от поверхностей более чем в одну длину волны обычно не является когерентным в какой-либо степени, тепловое излучение в ближнем поле (т. е. излучение на расстояниях в доли различных длин волн излучения) может демонстрировать некоторую степень когерентности. как временная, так и пространственная согласованность. ^{[ 28 ]}

Закон теплового излучения Планка в последние десятилетия был оспорен предсказаниями и успешной демонстрацией радиационной теплопередачи между объектами, разделенными наноразмерными зазорами, которые значительно отклоняются от предсказаний закона. Это отклонение особенно сильно (до нескольких порядков), когда эмиттер и поглотитель поддерживают поверхностные поляритонные моды, которые могут связываться через зазор, разделяющий холодные и горячие объекты. Однако, чтобы воспользоваться преимуществом радиационной теплопередачи в ближнем поле, опосредованной поверхностными поляритонами, два объекта должны быть разделены сверхузкими зазорами порядка микронов или даже нанометров. Это ограничение существенно усложняет практические конструкции устройств.

Другой способ изменить спектр теплового излучения объекта — уменьшить размерность самого излучателя. ^{[ 24 ]} Этот подход основан на концепции удержания электронов в квантовых ямах, проволоках и точках и адаптирует тепловое излучение путем создания состояний удержания фотонов в двух- и трехмерных потенциальных ловушках, включая ямы, проволоки и точки. Такое пространственное ограничение концентрирует фотонные состояния и усиливает тепловое излучение на выбранных частотах. ^{[ 29 ]} Чтобы достичь необходимого уровня удержания фотонов, размеры излучающих объектов должны быть порядка или меньше тепловой длины волны, предсказываемой законом Планка. Самое главное, что спектр излучения тепловых ям, проволок и точек отклоняется от предсказаний закона Планка не только в ближней, но и в дальней зоне, что существенно расширяет диапазон их применения.

См. также

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д Хауэлл, Джон Р.; Менгуч, М. Пинар; Сигел, Роберт (2016). Тепловой радиационный теплообмен (Шестое изд.). Бока-Ратон, Флорида. Лондон, Нью-Йорк: CRC Press, Taylor & Francisco Group. ISBN 978-1-4665-9326-8 .
^ Jump up to: ^а ^б МЕСЕГЕР, Хосе. (2012). Тепловой контроль космического корабля . Исабель Перес-Гранде, Анхель Санс-Андрес. Кембридж: Паб Woodhead. ISBN 978-0-85709-608-1 . OCLC 903167592 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и Планк М., Теория теплового излучения , издательство P Blakiston's Son & Co., Нью-Йорк, 1914.
^ Jump up to: ^а ^б Хуанг, Керсон (1987). Статистическая механика (2-е изд.). Нью-Йорк: Уайли. ISBN 978-0-471-81518-1 .
^ Jump up to: ^а ^б С. Бланделл, К. Бланделл (2006). Понятия теплофизики . Издательство Оксфордского университета. п. 247. ИСБН 978-0-19-856769-1 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж Патли, Э.Х. (1982). «История инфракрасного обнаружения — часть I. Первые детекторы теплового излучения» . Инфракрасная физика . 22 (3): 125–131. Бибкод : 1982InfPh..22..125P . дои : 10.1016/0020-0891(82)90030-6 .
^ Коэн, IB (1943). Эксперименты Франклина по поглощению тепла как функции цвета . Исида , 34 (5), 404–407.
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д Браун, Сэнборн К. (1967), «Теория калорийности» , Люди физики: Бенджамин Томпсон – граф Рамфорд , Elsevier, стр. 16–24, doi : 10.1016/b978-0-08-012179-6.50008-3 , ISBN 9780080121796 , получено 3 декабря 2021 г.
^ Гиллиспи, Чарльз Коулстон (1960). Грань объективности: Очерк истории научных идей . Издательство Принстонского университета. стр. 408–9 . ISBN 0-691-02350-6 .
^ Лимонс, Дон С.; Шанахан, Уильям Р.; Бухгольц, Луи Дж. (20 сентября 2022 г.). По следам излучения черного тела: Макс Планк и физика его эпохи . МТИ Пресс. ISBN 978-0-262-04704-3 .
^ Jump up to: ^а ^б «Пьер Прево» . Оксфордский справочник . Проверено 29 февраля 2024 г.
^ Гершель, Уильям (1800). «Опыты по преломляемости невидимых лучей Солнца» . Философские труды Лондонского королевского общества . 90 : 284–292. дои : 10.1098/rstl.1800.0015 . JSTOR 107057 .
^ «Гершель открывает инфракрасный свет» . Coolcosmos.ipac.caltech.edu . Архивировано из оригинала 25 февраля 2012 года . Проверено 8 ноября 2011 г.
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и Сюй, Шао Ти. Инженерная теплопередача . Блэксбург, Вирджиния: Д. Компания Ван Ностранд, Инк., 1962 г.
^ Jump up to: ^а ^б Беккер, Мартин. Теплопередача: современный подход. Нью-Йорк: Plenum Publishing Corporation, 1986.
^ Jump up to: ^а ^б Кирхгоф, Г. (июль 1860 г.). «I. О соотношении излучающей и поглощающей способностей различных тел по свету и теплу» . Лондонский, Эдинбургский и Дублинский философский журнал и научный журнал . 20 (130): 1–21. дои : 10.1080/14786446008642901 . ISSN 1941-5982 .
^ Больцман, Людвиг (1884). «Вывод закона Стефана о зависимости теплового излучения от температуры из электромагнитной теории света » . Анналы физики и химии (на немецком языке). 258 (6): 291–294. Бибкод : 1884АнП...258..291Б . дои : 10.1002/andp.18842580616 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д Ченгель, Юнус А.; Гаджар, Афшин Дж. (2011). Тепло- и массоперенос: основы и приложения (4-е изд.). Нью-Йорк: МакГроу-Хилл. ISBN 978-0-07-339812-9 . OCLC 463634284 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час ^я ^дж ^к Инкропера, Фрэнк П.; ДеВитт, Дэвид П.; Бергман, Теодор Л.; Лавин, Эдриен С., ред. (2013). Принципы тепло- и массопереноса (7-е изд., международная студенческая версия). Хобокен, Нью-Джерси: Уайли. ISBN 978-0-470-50197-9 .
^ «Физика цветных фейерверков» . 21 июля 2011 г. Архивировано из оригинала 21 июля 2011 г.
^ С. Танемура, М. Тазава, П. Цзин, Т. Мики, К. Ёсимура, К. Игараси, М. Охиши, К. Симоно, М. Адачи. «Оптические свойства и радиационная охлаждающая способность белых красок» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 2 января 2007 года . Проверено 24 января 2010 г. Всемирный солнечный конгресс ISES 1999 г.
^ Шао, Гаофэн; и др. (2019). «Повышение стойкости к окислению высокоэмиссионных покрытий на волокнистой керамике для многоразовых космических систем». Коррозионная наука . 146 : 233–246. arXiv : 1902.03943 . Бибкод : 2019Corro.146..233S . дои : 10.1016/j.corsci.2018.11.006 . S2CID 118927116 .
^ Эффективное сотрудничество с Windows: Window Technologies. Архивировано 26 апреля 2011 г. на Wayback Machine.
^ Jump up to: ^а ^б Фань, Шаньхуэй; Ли, Вэй (11 июня 2018 г.). «Нанофотонный контроль теплового излучения в энергетических целях [Приглашен]» . Оптика Экспресс . 26 (12): 15995–16021. Бибкод : 2018OExpr..2615995L . дои : 10.1364/OE.26.015995 . ISSN 1094-4087 . ПМИД 30114851 .
^ Чжай, Яо; Ма, Яогуан; Дэвид, Сабрина Н.; Чжао, Дунлян; Лу, Раннан; Тан, Банда; Ян, Жунгуй; Инь, Сяобо (10 марта 2017 г.). «Масштабируемый рандомизированный гибридный стеклополимерный метаматериал для дневного радиационного охлаждения» . Наука . 355 (6329): 1062–1066. Бибкод : 2017Sci...355.1062Z . дои : 10.1126/science.aai7899 . ISSN 0036-8075 . ПМИД 28183998 .
^ Р. Боулинг Барнс (24 мая 1963 г.). «Термография человеческого тела. Энергия инфракрасного излучения обеспечивает новые концепции и инструменты для медицинской диагностики». Наука . 140 (3569): 870–877. Бибкод : 1963Sci...140..870B . дои : 10.1126/science.140.3569.870 . ПМИД 13969373 . S2CID 30004363 .
^ Джон Дж. Лентини - Научные протоколы расследования пожаров, CRC 2006, ISBN 0849320828 , таблица из NFPA 921, Руководство по расследованию пожаров и взрывов.
^ Греффе, Жан-Жак; Хенкель, Карстен (2007). «Когерентное тепловое излучение». Современная физика . 48 (4): 183–194. Бибкод : 2007ConPh..48..183G . дои : 10.1080/00107510701690380 . S2CID 121228286 .
^ Рефаэли, Иден; Раман, Аасват; Фань, Шаньхуэй (2013). «Сверхширокополосные фотонные структуры для достижения высокоэффективного дневного радиационного охлаждения». Нано-буквы . 13 (4): 1457–1461. Бибкод : 2013NanoL..13.1457R . дои : 10.1021/nl4004283 . ПМИД 23461597 . S2CID 27762117 .

Дальнейшее чтение

Сигел, Джон Р. Хауэлл, Роберт; Хауэлл. Джон Р. (ноябрь 2001 г.). Теплопередача теплового излучения . Нью-Йорк: Taylor & Francisco, Inc., стр. ( список xix – xxvi символов для формул теплового излучения ). ISBN 978-1-56032-839-1 . Проверено 23 июля 2009 г.
Э.М. Воробей и Р.Д. Цесс . Радиационная теплопередача. Издательская корпорация Hemisphere, 1978.
Кюнцер, К. и С. Деч (2013): Тепловое инфракрасное дистанционное зондирование: датчики, методы, приложения (= дистанционное зондирование и цифровая обработка изображений 17). Дордрехт: Спрингер.

Внешние ссылки

[:9-1] Jump up to: ^а ^б ^с ^д Хауэлл, Джон Р.; Менгуч, М. Пинар; Сигел, Роберт (2016). Тепловой радиационный теплообмен (Шестое изд.). Бока-Ратон, Флорида. Лондон, Нью-Йорк: CRC Press, Taylor & Francisco Group. ISBN 978-1-4665-9326-8 .

[:1-2] Jump up to: ^а ^б МЕСЕГЕР, Хосе. (2012). Тепловой контроль космического корабля . Исабель Перес-Гранде, Анхель Санс-Андрес. Кембридж: Паб Woodhead. ISBN 978-0-85709-608-1 . OCLC 903167592 .

[:3-3] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и Планк М., Теория теплового излучения , издательство P Blakiston's Son & Co., Нью-Йорк, 1914.

[:8-4] Jump up to: ^а ^б Хуанг, Керсон (1987). Статистическая механика (2-е изд.). Нью-Йорк: Уайли. ISBN 978-0-471-81518-1 .

[blundell-5] Jump up to: ^а ^б С. Бланделл, К. Бланделл (2006). Понятия теплофизики . Издательство Оксфордского университета. п. 247. ИСБН 978-0-19-856769-1 .

[:4-6] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж Патли, Э.Х. (1982). «История инфракрасного обнаружения — часть I. Первые детекторы теплового излучения» . Инфракрасная физика . 22 (3): 125–131. Бибкод : 1982InfPh..22..125P . дои : 10.1016/0020-0891(82)90030-6 .

[7] Коэн, IB (1943). Эксперименты Франклина по поглощению тепла как функции цвета . Исида , 34 (5), 404–407.

[:22-8] Jump up to: ^а ^б ^с ^д Браун, Сэнборн К. (1967), «Теория калорийности» , Люди физики: Бенджамин Томпсон – граф Рамфорд , Elsevier, стр. 16–24, doi : 10.1016/b978-0-08-012179-6.50008-3 , ISBN 9780080121796 , получено 3 декабря 2021 г.

[9] Гиллиспи, Чарльз Коулстон (1960). Грань объективности: Очерк истории научных идей . Издательство Принстонского университета. стр. 408–9 . ISBN 0-691-02350-6 .

[10] Лимонс, Дон С.; Шанахан, Уильям Р.; Бухгольц, Луи Дж. (20 сентября 2022 г.). По следам излучения черного тела: Макс Планк и физика его эпохи . МТИ Пресс. ISBN 978-0-262-04704-3 .

[:5-11] Jump up to: ^а ^б «Пьер Прево» . Оксфордский справочник . Проверено 29 февраля 2024 г.

[12] Гершель, Уильям (1800). «Опыты по преломляемости невидимых лучей Солнца» . Философские труды Лондонского королевского общества . 90 : 284–292. дои : 10.1098/rstl.1800.0015 . JSTOR 107057 .

[13] «Гершель открывает инфракрасный свет» . Coolcosmos.ipac.caltech.edu . Архивировано из оригинала 25 февраля 2012 года . Проверено 8 ноября 2011 г.

[hsu-14] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и Сюй, Шао Ти. Инженерная теплопередача . Блэксбург, Вирджиния: Д. Компания Ван Ностранд, Инк., 1962 г.

[becker-15] Jump up to: ^а ^б Беккер, Мартин. Теплопередача: современный подход. Нью-Йорк: Plenum Publishing Corporation, 1986.

[:7-16] Jump up to: ^а ^б Кирхгоф, Г. (июль 1860 г.). «I. О соотношении излучающей и поглощающей способностей различных тел по свету и теплу» . Лондонский, Эдинбургский и Дублинский философский журнал и научный журнал . 20 (130): 1–21. дои : 10.1080/14786446008642901 . ISSN 1941-5982 .

[17] Больцман, Людвиг (1884). «Вывод закона Стефана о зависимости теплового излучения от температуры из электромагнитной теории света » . Анналы физики и химии (на немецком языке). 258 (6): 291–294. Бибкод : 1884АнП...258..291Б . дои : 10.1002/andp.18842580616 .

[:6-18] Jump up to: ^а ^б ^с ^д Ченгель, Юнус А.; Гаджар, Афшин Дж. (2011). Тепло- и массоперенос: основы и приложения (4-е изд.). Нью-Йорк: МакГроу-Хилл. ISBN 978-0-07-339812-9 . OCLC 463634284 .

[:2-19] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час ^я ^дж ^к Инкропера, Фрэнк П.; ДеВитт, Дэвид П.; Бергман, Теодор Л.; Лавин, Эдриен С., ред. (2013). Принципы тепло- и массопереноса (7-е изд., международная студенческая версия). Хобокен, Нью-Джерси: Уайли. ISBN 978-0-470-50197-9 .

[20] «Физика цветных фейерверков» . 21 июля 2011 г. Архивировано из оригинала 21 июля 2011 г.

[21] С. Танемура, М. Тазава, П. Цзин, Т. Мики, К. Ёсимура, К. Игараси, М. Охиши, К. Симоно, М. Адачи. «Оптические свойства и радиационная охлаждающая способность белых красок» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 2 января 2007 года . Проверено 24 января 2010 г. Всемирный солнечный конгресс ISES 1999 г.

[rtps-22] Шао, Гаофэн; и др. (2019). «Повышение стойкости к окислению высокоэмиссионных покрытий на волокнистой керамике для многоразовых космических систем». Коррозионная наука . 146 : 233–246. arXiv : 1902.03943 . Бибкод : 2019Corro.146..233S . дои : 10.1016/j.corsci.2018.11.006 . S2CID 118927116 .

[23] Эффективное сотрудничество с Windows: Window Technologies. Архивировано 26 апреля 2011 г. на Wayback Machine.

[:0-24] Jump up to: ^а ^б Фань, Шаньхуэй; Ли, Вэй (11 июня 2018 г.). «Нанофотонный контроль теплового излучения в энергетических целях [Приглашен]» . Оптика Экспресс . 26 (12): 15995–16021. Бибкод : 2018OExpr..2615995L . дои : 10.1364/OE.26.015995 . ISSN 1094-4087 . ПМИД 30114851 .

[25] Чжай, Яо; Ма, Яогуан; Дэвид, Сабрина Н.; Чжао, Дунлян; Лу, Раннан; Тан, Банда; Ян, Жунгуй; Инь, Сяобо (10 марта 2017 г.). «Масштабируемый рандомизированный гибридный стеклополимерный метаматериал для дневного радиационного охлаждения» . Наука . 355 (6329): 1062–1066. Бибкод : 2017Sci...355.1062Z . дои : 10.1126/science.aai7899 . ISSN 0036-8075 . ПМИД 28183998 .

[26] Р. Боулинг Барнс (24 мая 1963 г.). «Термография человеческого тела. Энергия инфракрасного излучения обеспечивает новые концепции и инструменты для медицинской диагностики». Наука . 140 (3569): 870–877. Бибкод : 1963Sci...140..870B . дои : 10.1126/science.140.3569.870 . ПМИД 13969373 . S2CID 30004363 .

[27] Джон Дж. Лентини - Научные протоколы расследования пожаров, CRC 2006, ISBN 0849320828 , таблица из NFPA 921, Руководство по расследованию пожаров и взрывов.

[28] Греффе, Жан-Жак; Хенкель, Карстен (2007). «Когерентное тепловое излучение». Современная физика . 48 (4): 183–194. Бибкод : 2007ConPh..48..183G . дои : 10.1080/00107510701690380 . S2CID 121228286 .

[29] Рефаэли, Иден; Раман, Аасват; Фань, Шаньхуэй (2013). «Сверхширокополосные фотонные структуры для достижения высокоэффективного дневного радиационного охлаждения». Нано-буквы . 13 (4): 1457–1461. Бибкод : 2013NanoL..13.1457R . дои : 10.1021/nl4004283 . ПМИД 23461597 . S2CID 27762117 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

[ 16 ]

[ 17 ]

[ 18 ]

[ 19 ]

[ 20 ]

[ 21 ]

[ 22 ]

[ 23 ]

[ 24 ]

[ 25 ]

[ 26 ]

[ 27 ]

[ 28 ]

[ 29 ]