Этот вид теплообмена может происходить между телами, находящимися на больших расстояниях друг от друга. Классическим примером этого явления служит излучение солнца на землю. Отсутствие непосредственного соприкосновения тел, участвующих в теплообмене, а также отсутствие теплоносителя в виде газа или жидкости является характерной особенностью теплообмена.

При нагреве тела тепловая энергия переходит в лучистую энергию. Если пропускать через нихромовую спираль электрический ток, то спираль нагреется (электрическая энергия перейдет в тепловую) и будет лучеиспускать в пространство (тепловая энергия перейдет в лучистую).

 Пере­нос энергии в этом случае осуществляется световыми и главным образом инфракрасными лучами; диапазон длин волн  световых лучей 0,4—0,8 мкм, инфракрас­ных— 0,8—800 мкм.

Излучение может быть монохро­матическим, соответствующим узкому диапазону длин волн вблизи некоторого значения длины волны, ко­торым оно и характеризуется, и интегральным, со­ответствующим всему спектру длин волн.

Поток излучения — это количество лучистой энергии, переносимой в единицу времени через произ­вольную поверхность.

Обозначение потока излучения такое же, как и теплового потока, переносимого другими способами, — Q Вт.

Электромагнитные колебания обладают свойством поглощаться телами, встречающимися на пути их распространения, при этом их энергия преобразуется в тепловую.

Лучеиспускание — непрерывный процесс, свойственный всем телам.

При попадании на другие тела в зависимости от их физических свойств и состояния поверхности энергия частично поглощается, частично отражается и частично проходит сквозь тела (рис. 2.4.1).

Рис.   2.4.1 Схема распределения лучи­стой энергии, пада­ющей на тело

 

Отраженная энергия, а также прошед­шая сквозь тело попадают на другие тела, где происходят подобные процессы. Таким образом, после ряда поглощений энергия теплового излучения полностью распреде­ляется между окружающими телами.

Сле­довательно, каждое тело не только непрерывно излучает, но и непрерывно поглощает энергию.

В результате двойного превращения энергии (тепловая — лучистая —тепловая) осуществляется процесс лучистого тепло­обмена. Количество отдаваемой и воспри­нимаемой теплоты соответствует разности между количествами излучаемой и поглощаемой телом лучистой энергии. Это проис­ходит в том случае, когда различна температура тел, участвующих во взаимном процессе лучистого теплообмена.

При одина­ковой температуре тел система находится в подвижном тепловом равновесии.

Обозначим общее количество лучистой энергии, падающей на тело, Q₀, а количество поглощенной, отраженной и прошедшей лучистой энергии соответственно Q_A, Q_Rи Q_D. Тогда:

Разделив обе части равенства на Q_Q, имеем: Q₀= Qa + Qr + Qd

 

 

или

где А = Q_A/Q₀   - поглощательная способность тела;

R=  Qr /Q₀ - отражательная способность тела;

Безразмерные величины A, Rи Dявляются коэффициентами поглощения, отражения и пропускания, и изменяются в пределах от 0 до 1.

Если А = 1, aR= 0 и D = 0, то это означает, что всяпадающая на тело лучистая энергия полностью этим телом поглощается. Такое тело называется абсолютно черным, но таких тел в природе не существует (А < 0). Свойствами, близкими к абсолютно черному телу, обладают нефтяная сажа (А =  0,9—0,96), вода и лед (А = 0,92—0,95), черное сукно (А = 0.98), черный бархат (А = 0,955).

При этом, если отражение пра­вильное, т.е. подчиняющееся законам геометрической оптики, то тело называется зеркальным, если отражение рассеянное (диффузное), то тело —абсолютно белое. К числу тел, близких по отражательной способности к абсолютно белому телу, отно­сится ряд металлов (золото, медь и др.). Для полированных металлов R= 0,95-0,97.

Абсолютно белых и прозрачных тел, так же как и черных в природе не существует. Значения A, Rи Dзависят от природы тела, его температуры и длины волны излучения. Воздух, напри­мер, для тепловых лучей практически прозрачен, твердые тела и ости непрозрачны (атермичны).

В этом случае D= 0, т.е.

Отсюда следует, что если тело хорошо отражает лучистую энергию , тo оно плохо поглощает, и наоборот. Примером того, как длина волны влияет на пропускную способность тела, является оконное стекло, которое прозрачно для световых лучей, но не пропускает ультрафиолетовое и длинноволновое инфракрас­ное излучение.