Nurlanish usuluda issiqlik uzatilishi Reja: Asosiy tushunchalar

5. Gazlarning nurlanishi

Gazlarning nurlanishi qattiq jismlarning nurlanishidan keskin farq qiladi. Bir va ikki atomli gazlarning (vodorod, kislorod, azot, geliy va boshqalar) nur chiqarish va yutish xususiyatlari nihoyatda kichik. Ular issiqlik nurlari uchun shaffof hisoblanadilar. Uch va ko‘p atomli gazlarning (CO₂, H₂O va boshqalar) nurlanish va nur yutish xususiyatlari yuqori bo‘lib, bundan amalda foydalaniladi.

Gazlarning aksariyati ma’lum to‘lqin uzunlikdagi nurlarni chiqaradi va yutadi, ya’ni ular nur chiqarish-yutishda tanlash xususiyatiga egadirlar (7-rasm).


7-rasm. Nurlanish (a) va yutish (b) spektrlari:
1-absolyut qora jism; 2-kul rang jism; 3-gaz


Bunga asosiy sabab shuki, gazlarda nur chiqarish va yutish erkin molekulalar tomonidan amalga oshiriladi. Qattiq jismlarda esa, bu jarayon nihoyatda ko‘p bog‘langan molekulalar tomonidan amalga oshiriladi.
Erkin molekulalardagi elektronlarning energiya sathi har bir modda uchun ma’lum bir qiymatga ega bo‘ladi. Shuning uchun elektronlar bir sathdan boshqasiga o‘tganda, ma’lum bir energiyali fotonni yutadi yoki tarqatadi. Qattiq jismlarda esa elektronlar qo‘shni atomlarning ta’sir kuchlari ostida bo‘ladi. Shu sababli, nur chiqarish va yutishda ma’lum bir energiyali elektronlar emas, balki barcha imkoniyati borlari ishtirok etadi.
Gazlarda nurli issiqlik almashinuvining boshqa xususiyatlaridan biri shundan iboratki, nur chiqarish va yutish jarayonida gazning barcha mikrozarralari ishtirok etadi. Ma’lumki, qattiq jismlarda esa, aniq bir sirt ishtirok etadi. Bu xususiyat esa, gazlardagi issiqlik almashinuvini hisoblashni murakkablashtirib yuboradi. Gaz tarqatayotgan yoki yutayotgan energiya miqdori gazning temperaturasiga, gaz qatlami qalinligiga va molekulalarning kontsentratsiyasiga bog‘liq. Molekulalarning kontsentratsiyasi gazning partsial bosimi P bilan, gaz qatlamining qalinligi esa nurning o‘rtacha uzunligi l bilan belgilanadi. Gaz nurlanishining integral yutish xususiyati A_ va spektral jadalligi E_ gaz temperaturasining T va pl ko‘paytmaning funktsiyasi sifatida aniqlanadi.

Tajribadan, gazlarning nurlanish xususiyati absolyut temperaturaning n–darajasiga proportsional ekanligi aniqlangan. Karbonat angidrid uchun n=3,5, suv bug‘i uchun n=3 ga teng. Taxminiy hisoblashda gazlarning nurlanishi temperaturaning to‘rtinchi darajasiga proportsional deb hisoblanadi.
Temperaturasi T_Г bo‘lgan gaz bilan, uni o‘rab turgan T_m temperaturali muhit o‘rtasidagi issiqlik almashinuvi quyidagi formuladan aniqlanadi:

bunda _ef – muhitning effektiv qoralik darajasi; _Г va A_Г – mos ravishda gazning T_Г temperaturadagi qoralik darajasi va uning T_m temperaturadagi yutish xususiyati; F_m – issiqlik almashinuv yuzasi.
_ef ni taxminan quyidagi formula bo‘yicha hisoblash mumkin:

bunda _Г – devorning qoralik darajasi (_Г =0,70,9). _Г va A_Г ning qiymatlari maxsus adabiyotlardagi nomogrammalardan aniqlanadi.