Właściwości promieniowania termicznego, przykłady, zastosowania

Promieniowanie cieplne Jest to energia przenoszona przez korpus dzięki jego temperaturze i poprzez długości fali w podczerwieni spektrum elektromagnetycznego. Wszystkie ciała bez wyjątku emitują pewne promieniowanie w podczerwieni bez względu na to, jak niska jest ich temperatura.

Zdarza się, że gdy są w ruchu przyspieszonym, elektrycznie naładowane cząstki oscylują, a dzięki ich energii kinetycznej stale emitują fale elektromagnetyczne.

Rysunek 1. Jesteśmy bardzo zaznajomione z promieniowaniem cieplnym pochodzącym ze słońca, które w rzeczywistości jest głównym źródłem energii cieplnej. Źródło: Pxhere.

Jedynym sposobem, w jaki ciało nie emituje promieniowania termicznego, jest to, że jego cząsteczki są w całkowitym spoczynku. W ten sposób jego temperatura wynosiłaby 0 w skali Kelvina, ale zmniejsz się do punktu, temperatura obiektu jest czymś, co jeszcze nie zostało osiągnięte.

[TOC]

Właściwości promieniowania termicznego

Niezwykła właściwość, która odróżnia ten mechanizm transferu ciepła od innych, jest to, że nie trzeba wystąpić medium materialne. Zatem energia emitowana przez Słońce, na przykład, przemieszcza 150 milionów kilometrów w przestrzeni i przybywa na Ziemię w sposób ciągły.

Istnieje model matematyczny, który znał ilość energii cieplnej na jednostkę czasu, który promieniuje obiektem:

P =DOσeT⁴

To równanie jest znane jako prawo Stefana i pojawiają się następujące wielkości:

-Energia cieplna na jednostkę czasu P, który jest znany jako Power i którego jednostką w międzynarodowym systemie jednostek jest Watt lub Watt (W).

-On Obszar powierzchowny obiektu, który emituje ciepło DO, w metrach kwadratowych.

-Stała, nazywana Stefan Constant - Boltzman, oznaczony przez σ I którego wartość to 5.66963 x10^-8 W/m² K⁴,

Może ci służyć: szok magnetyczny: jednostki, wzory, obliczenia, przykłady

- Emisivity (Nazywane również Wydanie) obiekt I, bezwymiarowa kwota (bez jednostek), której wartość wynosi od 0 do 1. Jest to związane z naturą materiału: na przykład lustro ma niską emisyjność, podczas gdy bardzo ciemne ciało ma wysoką emisyjność.

-I wreszcie temperatura T W Kelvin.

Przykłady promieniowania termicznego

Zgodnie z prawem Stefana szybkość, z jaką obiekt promieniuje energią, jest proporcjonalna do obszaru, emisyjności i czwartej mocy temperatury.

Ponieważ szybkość emisji energii cieplnej zależy od czwartej mocy T, oczywiste jest, że małe zmiany temperatury będą miały ogromny wpływ na emitowane promieniowanie. Na przykład, jeśli temperatura zostanie podwojona, promieniowanie wzrośnie 16 razy.

Szczególnym przypadkiem prawa Stefana jest idealny chłodnica, całkowicie nieprzezroczysty obiekt zwany Czarne ciało, którego emisyjność wynosi dokładnie 1. W tym przypadku prawo Stefana jest takie:

P =DOσT⁴

Zdarza się, że prawo Stefana jest modelem matematycznym, który w przybliżeniu opisuje promieniowanie wydane przez dowolny obiekt, ponieważ uważa emisyjność za stałą. W rzeczywistości emisyjność zależy od długości fali emitowanego promieniowania, wykończenia powierzchni i innych czynników.

W przypadku rozważenia I Jak stały i prawo Stefana jest stosowane, jak wskazano na początku, wówczas obiekt jest wywoływany Szare ciało.

Wartości emisyjności niektórych substancji traktowanych jako szary ciało to:

-Polerowane aluminium 0.05

-Czarny węgiel 0.95

-Ludzka skóra dowolnego koloru 0.97

-Drewno 0.91

-Lód 0.92

Może ci służyć: moment skrętny

-Woda 0.91

-Miedź między 0.015 i 0.025

-Stal między 0.06 i 0.25

Promieniowanie termiczne słońca

Namacalny przykład obiektu emitującego promieniowanie termiczne jest słońce. Szacuje się, że co sekundę, około 1370 J energii w postaci promieniowania elektromagnetycznego przybywa na Ziemię od słońca.

Ta wartość jest znana jako stała słoneczna I każda planeta ma jedną, która zależy od średniej odległości od słońca.

Promieniowanie to jest prostopadle skrzyżowane przez każdy m² warstw atmosferycznych i jest rozmieszczony w różnych długościach fal.

Prawie wszystko jest w świetle widzialnym, ale dobra część jest promieniowaniem w podczerwieni, co jest dokładnie tym, co postrzegamy jako ciepło, a inne również jako promienie ultrafioletowe. Jest to duża ilość energii wystarczającej do zaspokojenia potrzeb planety, aby ją uchwycić i skorzystać z niej.

Pod względem długości fali są to zakresy, w których są promieniowanie słoneczne, które dociera do ziemi:

-Podczerwień, Ten, który postrzegamy jako ciepło: 100 - 0.7 μm*

-Widzialne światło, między 0.7 - 0.4 μm

-Ultrafioletowy, mniej niż 0.4 μm

*1 μm = 1 mikrometr lub milionowy jeden metr.

Prawo Wien

Poniższy obraz pokazuje rozkład promieniowania w odniesieniu do długości fali dla kilku temperatur. Rozkład wynika z prawa przemieszczenia Wien, zgodnie z którym maksymalna długość fali promieniowania λ_Max Jest odwrotnie proporcjonalny do temperatury t w Kelvin:

λ_Max T = 2.898 . 10 ⁻³ M⋅K

Rysunek 2. Wykres promieniowania w zależności od długości fali dla czarnego korpusu. Źródło: Wikimedia Commons.

Słońce ma temperaturę powierzchni około 5700 K i promieniuje głównie na krótszych długościach fali, jak widzieliśmy. Krzywa, która zbliża się najwięcej słońca, wynosi 5000 K, na niebiesko i oczywiście ma maksimum w zakresie światła widzialnego. Ale emituje również dobrą rolę w podczerwieni i ultrafiolecie.

Może ci służyć: proces izobaryczny: formuły, równania, eksperymenty, ćwiczenia

Zastosowania promieniowania termicznego

Energia słoneczna

Duża ilość energii, którą promieniuje słońcem, można przechowywać na nazywanych urządzeniach kolekcjonerzy, a następnie przekształcić go i wykorzystają go jako energię elektryczną.

Kamery podczerwieni

Są to kamery, które, jak sama nazwa wskazuje, działają w regionie podczerwieni zamiast robić to w świetle widzialnym, takim jak komory wspólne. Korzystają z faktu, że wszystkie ciała emitują promieniowanie cieplne w większym lub mniejszym stopniu według ich temperatury.

Rysunek 3. Obraz psa uchwyconego przez komorę podczerwieni. Pierwotnie najczystsze obszary reprezentują najwyższą temperaturę. Kolory, które są dodawane podczas przetwarzania w celu ułatwienia interpretacji, pokazują różne temperatury w ciele zwierzęcia. Źródło: Wikimedia Commons.

Pyrometria

Jeśli temperatury są bardzo wysokie, zmierz je za pomocą termometru rtęciowego nie jest najbardziej wskazane. W tym celu Pyrometry, przez co wywnioskowana jest temperatura obiektu, znając jego emisyjność, dzięki emisji sygnału elektromagnetycznego.

Astronomia

Światło gwiazd jest bardzo dobrze modelowane z przybliżeniem czarnego ciała, a także całego wszechświata. Ze swojej strony prawo Wien jest często używane w astronomii do określenia temperatury gwiazd, zgodnie z długością fali, którą emitują.

Przemysł wojskowy

Pocisk.

Bibliografia

1. Giambattista, a. 2010. Fizyka. 2. Wyd. McGraw Hill.
2. Gómez, e. Jazda, konwekcja i promieniowanie. Odzyskany z: eltamiz.com.
3. González de Arrieta, i. Zastosowania promieniowania termicznego. Odzyskane z: www.Ehu.EUS.
4. Obserwatorium Ziemi NASA. Budżet na klimat i ziemię. Odzyskane z: Eartobservatory.garnek.Gov.
5. Natahenoo. Zastosowania ciepła. Odzyskane z: cinehenao.WordPress.com.
6. Serway, r. Fizyka nauk i inżynierii. Tom 1. 7th. Wyd. Cengage Learning.