|
| |
|
Главная Журналы лосы В виде (2.77) (2.78) Поглощательная способность а для полосы определяется из соотношения . а=1-Г. (2.79) Хотя интеграл в уравнении (2 77) нельзя вычислить аналитически, в предельных случаях можно получить простые приближенные выражения При a<d имеем р <С I. тогда, полагая chpl и shpp, для проп>скательной способности, определяемой уравнением (2 77), получим простое выражение [53] 1 „о„\/л , . Л{ "иКч (2 80) r = I-erf[(lp2)]=I-erf[(iy-] а формула для поглощательной способности принимает вид а = erf (2.81) Например, при низких давлениях величина а мала по сравнению с d и, следовательно, р <С 1 По формулам (2.80) и (2 81) пропускательная и поглощательная способности определяются с точностью до 10%, когда Z > 1.25 и р < 03 [56] Описанная модель Эльзассера может быть использована для котебатетьно вращательной полосы, если расстояния между линиями примерно одинаковы, а интегральная интенсивность поглощения в линии является медленно изменяющейся функцией частоты Оба параметра К п d можно определить с помощью спектроскопических измерений б) Статистическая модель Мейера - Гуди. Мейер [54] и Гуди [55] независимо друг от друга разработали статистическую модель колебательно-вращательной полосы в случае, когда спектр поглощения состоит из большого числа неравномерно расположенных линий, имеющих произвольное распредетение интегральной интенсивности Согласно эгой модели, положение линий и их интенсивность не зависят друг от друга Кроме работ [54] и [55]. вывод яаипои модели приводится в книге Пеннера [49]. Здесь будут рассмотрены некоторые результаты, полученные с помощью статистической модели Мейера - Гудн. Средняя пропускательная способность для полосы, состоящей из бесконечного числа линий, расположенных на среднем расстоянии d друг от друга, определяется уравнением {со оо » ~\ \ J /?(v)[I-exp(-vs£/)ldvrfv4, (2.82) где p{v)dv - вероятность того, что интенсивность поглощения в линии заключена в интервале частот от v до v-- - параметр формы линии у - толщина слоя Функция плотности вероятности здесь нормирована таким образом, что p{v)dv = {. Чтобы вычислить Г по формуле (2 82), нужно знать функцию распределения p{v) и параметр формы линии s Для экснонен-цнальной функции распределения и для контура Лоренца выражение (2.82) принимает вид Г = ехр rf(l + ку/а) (2.83) где К - интегральная интенсивность в линии, а - полуширина линии При Ку/яа > I формула (2.83) упрощается Г = ехр[-()] = ехр(-1рг)"], (2.84) где р и 2 определяются выражениями (2.78). Средняя поглощательная способность (или степень черноты) вычисляется с помощью соотношения а=1~Г. (2 85) в) Произвольное наложение полос Эльзассера. Модель Эльзассера соответствует случаю, когда спектральные линии расположены на одинаковых расстояниях друг от друга и имеют периодический характер, а статистическая модель Мейера - Гуди - случаю совершенно произвольного расположения линий. В действительности расположение линий не может быть ни полиостью равномерным, ни полностью произвольным Например, колебательно-вращательная полоса может быть образована наложением нескольких полос с произвольно расположенными центрами Пласс [56] распространил статистическую модель на случай произвольного наложения любого числа полос Эльзассера, каждая из которых отличается от других интегральной интенсивностью, полушириной и расстоянием между линиями Рассмотрим колебательно-вращательную полосу, образованную произвольным наложением Л полос Эльзассера. Если Wn.i - эквивалентная ширина i-й полосы Эльзассера, соответствующей распределению интенсивности в интервале [уравнение (2.726)], то поглощательная способность слоя газа в колебательно-вращательной полосе, полученная с помощью модели произвольного наложения полос Эльзассера, определяется формулой [56] а=1 - (2.86) СРАВНЕНИЕ МОДЕЛЕЙ ПОЛОС На фиг. 2.19 представлена поглощательная способность слоя газа в зависимости от параметра ) pZ - Kyld при р = 2nald ~ ==0,1, для определения которой использовалась модель произвольного иаложеиия полос Эльзассера {N = 1, 2, 5). При N = 2 в одном случае интегральные интенсивности в линиях для обеих полос Эльзассера были взяты одинаковыми (т. е. Ki = Кч), а в другом - интегральная иптенсивиость для одной из полос Эльзассера в 10 раз превышала интегральную интенсивность для другой (т. е. К\ = 10 Кч)- При N ~ Ь интегральные интенсивности для всех полос были приняты одинаковыми (т. е, К[ = К2 = . . ,,, = ii5). На фиг. 2.19 представлены также поглощательиые способности, рассчитанные с помощью модели Эльзассера и статистической модели. При использовании модели произвольного наложения полос Эльзассера получаются промежуточные значения поглощательной способности, заключенные между значениями, определенными с помои,ью модели Эльзассера и статистической модели. Предельный случай = I соответствует модели Эльзассера, а когда число полос велико, поглощательная способность, определенная в рамках модели произвольного наложения полос Эльзассера, приближается к значению, полученному с помощью статистической модели. 2.7. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ДАННЫЕ ПО РАДИАЦИОННЫМ СВОЙСТВАМ МАТЕРИАЛОВ В этом разделе рассматриваются экспериментальные даннЬ1е по отражательной способности и степени черноты реальных поверхностей и результаты измерений поглощения, испускания и рассеяния излучения веществом. Однако ограниченные рамки этой книги ие позволяют воспроизвести многочисленные опубликованные экспериментальные данные. Будут рассмотрены только некоторые результаты для иллюстрации влияния различных параметров на радиационные свойства материалов.  ОТРАЖАТЕЛЬНАЯ СПОСОБНОСТЬ И СТЕПЕНЬ ЧЕРНОТЫ РЕАЛЬНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ Определения отражательной и поглощательной способностей, а также степени черноты уже были приведены выше. Согласно результатам по распространению плоских волн, полученным с помощью электромагнитной теории, отметим, что проникновение падающего излучения в вещество в сильной степени зависит от поглощагельных характеристик материала. В металлах тепловое излучение, падающее на поверхность, проходит не более нескольких сот ангстрем до полного поглощения, поскольку металлы являются сильными поглотителями. Поэтому состояние поверхности металлов сильно влияет на отражательную способность материала и его степень черноты. Радиационные свойства диэлектриков менее чувствительны к состоянию поверхности [5Ь]. Реальные поверхности отличаются от идеальных шероховатостью, окислением и загрязнением. Поэтому для металлов наиболее важно описывать состояние поверхности, когда представляются экспериментальные данные о степени черноты, отражательной и поглоиательной способностях. К сожалению, все еще 0,70 § 0.60 0.40 1-[-1-г 4.399 эВ 2.Ю9эВ  0 0.6 0,8 1.0 Л, ШМ Фиг. 2.20. Влияние кристаллической структуры на спектральную отражательную способность образца из германия при падении излучения по нормали к его поверхности [59]. Я-длина волны; -О-О- электрополированный монокристалл; -О-аморфная пленка. 0.80 о.ео 0,40 - U 0.20 -  \,MHfH Фиг. 2.21, Спектральная отражательная способность при падении излучения в направлении нормали для образцов меди, обработанных с помощью элек-троиолнровки и механической полировки. д -электрополироЕка; О -механическая полировка. не существует стандартного метода описания фактического состояния поверхности. Поэтому нужно соблюдать осторожность при интерпретации экспериментальных данных в случае, когда состояние поверхности металлов описано недостаточно полно. В литературе приводится большое число экспериментальных данных по радиационным свойствам поверхностей. Например, в работе [20] содержится подробная сводка данных ио степени черноты и отражательной способности, заимсгвованных почти из 320 источников. Таблицы радиационных свойств поверхностей опубликованы в работах [21-24]. Наиболее подробные таблицы радиационных свойств в зависимости от длины волны излучения вместе с описанием состояния поверхности были опубликованы недавно в работе [25]. Для иллюстрации влияния различных параметров на радиационные свойства материалов приведем здесь некоторые ограниченные данные об отражательной способности и степени черноты поверхностей металлов. На фнг. 2.20 показано влияние кристаллической структуры иа спектральную отражательную способность при падении излучения по нормали для монокристалла германия, обработанного с помощью электрополнровки, и для напыленной пленки германия 0 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 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 |