Все мы знаем, что такое плавление — детство, мороженое, сосульки, и все мы знаем, что такое излучение — выдь на солнце, зажмурься и погрейся.

По вертикали — отношение нормальной спектральной излучательной способности металлов после плавления, к ней же — до плавления, по горизонтали — длина волны в микронах. Рисунок из реферируемой статьи.

Плавление с излучением

Все мы знаем, что такое плавление — детство, мороженое, сосульки, и все мы знаем, что такое излучение — выдь на солнце, зажмурься и погрейся. А как изменяется излучение вещества при плавлении? Важно это потому, что процессы плавления и отвердевания весьма часты в технике и в природе (да-да, ледники), и если при этом изменяются параметры излучения, то это важно и для расчёта теплового оборудования, и для климатических моделей. Конкретных данных об изменении коэффициентов излучения при плавлении немного, и они не слишком хорошо согласуются. Большинство данных относится к видимой части спектра, а в инфракрасную область заглядывали немногие. Теория же предсказывает, что излучение при плавлении изменяется скачком (для металлов увеличивается, для полуметаллов уменьшается), но само отношение излучательной способности после плавления к излучению до плавления не зависит от длины волны.

Исследователи из Казанского национального исследовательского технологического университета решили в этом разобраться. Они взяли легкоплавкие металлы (свинец, температура плавления — 327°С, олово — 232°С, цинк — 420°С, кадмий — 321°С) и полуметаллы (висмут — 271°С, сурьма — 631°С) и провели измерения нормальной излучательной способности, то есть измерили излучение в направлении перпендикулярно поверхности. Разумеется, в особо очищенном аргоне, при всяческой стабилизации температур, в широком диапазоне длин волн (0,69—10,6 мкм), с оценкой погрешностей, всё как положено. А что у них получилось — показано на картинке. Правда, красиво? Металлы и полуметаллы ведут себя по-разному, это так, но на границе оптического диапазона, вопреки теории, скачка нет. Зато он появляется и растёт по мере углубления в инфракрасную область, то есть противоречие с теорией радикальное — должна быть «простая как мычание» горизонтальная линия.

Два примечания. Мороженое и сосулька во рту — это далеко не всё про плавление, его механизм не прост. И неправильно называть обратный процесс кристаллизацией — это далеко не всегда так.

Косенков Д. В., Сагадеев В. В. Изменение нормальной спектральной излучательной способности при плавлении элементов. Журнал технической физики, 2022, вып. 3, с. 342.

№4, 2022