Vlastnosti tepelného žiarenia, príklady, aplikácie

Ten Tepelné žiarenie Je to energia prenášaná telom vďaka jeho teplote a prostredníctvom infračervených vlnových dĺžok elektromagnetického spektra. Všetky telá bez výnimky emitujú nejaké infračervené žiarenie bez ohľadu na to, aká nízka je ich teplota.

Stáva sa, že keď sú v zrýchlenom pohybe, elektricky nabité častice oscilujú a vďaka svojej kinetickej energii nepretržite emitujú elektromagnetické vlny.

postava 1. Sme veľmi oboznámení s tepelným žiarením, ktoré pochádza zo slnka, čo je v skutočnosti hlavným zdrojom tepelnej energie. Zdroj: pxhere.

Jediným spôsobom, ako telo nevydáva tepelné žiarenie, je to, že jeho častice sú v úplnom pokoji. Týmto spôsobom by jej teplota bola 0 na stupnici Kelvin, ale znížte do bodu, že teplota objektu je niečo, čo sa ešte nedosiahlo.

[TOC]

Vlastnosti tepelného žiarenia

Pozoruhodná vlastnosť, ktorá odlišuje tento mechanizmus prenosu tepla od ostatných, je to, že materiálne médium nie je potrebné vyskytnúť. Napríklad energia emitovaná slnkom prechádza 150 miliónmi kilometrov cez vesmír a dorazí na Zem nepretržite.

Existuje matematický model na poznanie množstva tepelnej energie na jednotku času, ktorý vyžaruje objekt:

P =DoσeTón⁴

Táto rovnica je známa ako Stefanov zákon a objavujú sa nasledujúce veľkosti:

-Tepelná energia na jednotku času P, ktorý je známy ako sila a ktorej jednotka v medzinárodnom systéme jednotiek je Watt alebo Watt (W).

-On Povrchová plocha objektu, ktorý vyžaruje teplo Do, v štvorcových metroch.

-Konštanta, nazývaná Stefan Constant - Boltzman, označený σ A ktorej hodnota je 5.66963 x10^-8 W/m² Klimatizovať⁴,

Môže vám slúžiť: magnetický šok: jednotky, vzorce, výpočet, príklady

-Ten Emisivita (Tiež nazývaný Problém) objektu a, bezrozmerná suma (bez jednotiek), ktorej hodnota je medzi 0 a 1. Súvisí s povahou materiálu: napríklad zrkadlo má nízku emisivitu, zatiaľ čo veľmi tmavé telo má vysokú emisivitu.

-A nakoniec teplota Tón V Kelvin.

Príklady tepelného žiarenia

Podľa Stefanovho zákona je rýchlosť, akou objekt vyžaruje energiu, úmerná oblasti, emisivita a štvrtého teplotného výkonu.

Pretože rýchlosť emisie tepelnej energie závisí od štvrtej sily T, je zrejmé, že malé zmeny teploty budú mať obrovský vplyv na emitované žiarenie. Napríklad, ak sa teplota zdvojnásobí, žiarenie by sa zvýšilo 16 -krát.

Špeciálny prípad Stefanovho zákona je perfektný radiátor, úplne nepriehľadný objekt zvaný Čierne telo, ktorého emisivita je presne 1. V tomto prípade je Stefanov zákon taký:

P =DoσTón⁴

Stáva sa, že Stefanov zákon je matematický model, ktorý približne opisuje žiarenie vydaného akýmkoľvek objektom, pretože sa považuje za konštantu za konštantu. Emisivita v skutočnosti závisí od vlnovej dĺžky emitovaného žiarenia, povrchovej úpravy a ďalších faktorov.

Ak sa uvažuje a Ako sa konštantný a zákon Stefana uplatňuje, ako je uvedené na začiatku, potom sa objekt nazýva Sivé telo.

Hodnoty emisivity pre niektoré látky považované za sivé telo sú:

-Leštený hliník 0.05

-Čierne uhlie 0.95

-Ľudská pokožka akejkoľvek farby 0.97

-Drevo 0.91

-Ľad 0.92

Môže vám slúžiť: moment torzie

-Voda 0.91

-Meď medzi 0.015 a 0.025

-Oceľ medzi 0.06 a 0.25

Tepelné žiarenie slnka

Hmatateľným príkladom objektu, ktorý vyžaruje tepelné žiarenie, je slnko. Odhaduje sa, že každú sekundu, približne 1370 j energie vo forme elektromagnetického žiarenia prichádza na Zem zo slnka.

Táto hodnota je známa ako slnečná konštanta A každá planéta má jednu, ktorá závisí od jej priemernej vzdialenosti od slnka.

Toto žiarenie je kolmo preškolené každým m² atmosférických vrstiev a je distribuovaný v rôznych vlnových dĺžkach.

Takmer všetko prichádza vo viditeľnom svetle, ale dobrá časť prichádza ako infračervené žiarenie, čo je presne to, čo vnímame ako teplo, a ďalšie tiež ako ultrafialové lúče. Je to veľké množstvo energie na to, aby vyhovovalo potrebám planéty, aby ju zachytilo a využilo ju.

Pokiaľ ide o vlnovú dĺžku, sú to rozsahy, v ktorých je slnečné žiarenie, ktoré dosahuje Zem:

-Infračervený, Ten, ktorý vnímame ako teplo: 100 - 0.7 μm*

-Viditeľné svetlo, medzi 0.7 - 0.4 μm

-Ultrafialová farba, Menej ako 0.4 μm

*1 μm = 1 mikrometer alebo miliónty jedného merača.

Wienov zákon

Nasledujúci obrázok ukazuje distribúciu žiarenia vzhľadom na vlnovú dĺžku pre niekoľko teplôt. Distribúcia je spôsobená zákonom Wienovho posunu, podľa ktorého maximálna vlnová dĺžka žiarenia λ_maximálny Je nepriamo úmerná teplote T v Kelvin:

λ_maximálny T = 2.898 . 10 ⁻³ M⋅k

Obrázok 2. Graf žiarenia v závislosti od vlnovej dĺžky pre čierne telo. Zdroj: Wikimedia Commons.

Slnko má povrchovú teplotu približne 5700 K a vyžaruje hlavne v kratších vlnových dĺžkach, ako sme videli. Krivka, ktorá sa blíži najviac slnka, je 5 000 K, modrá a samozrejme má maximum v viditeľnom rozsahu svetla. Ale tiež emituje dobrú úlohu v infračervenom a ultrafialovom.

Môže vám slúžiť: izobarický proces: vzorce, rovnice, experimenty, cvičenia

Aplikácie tepelného žiarenia

Solárna energia

Veľké množstvo energie, ktorú slnečné žiarenie môže byť uložené na zariadeniach nazývaných zberateľ, a potom ju transformujte a pohodlne ju používajte ako elektrina.

Infračervené kamery

Sú to fotoaparáty, ktoré, ako už názov napovedá, pracujú v infračervenej oblasti namiesto toho, aby to robili vo viditeľnom svetle, ako sú bežné komory. Využívajú skutočnosť, že všetky telá emitujú tepelné žiarenie vo väčšej alebo menšej miere podľa ich teploty.

Obrázok 3. Obrázok psa zachyteného infračervenou komorou. Pôvodne najjasnejšie oblasti predstavujú najvyššiu teplotu. Farby, ktoré sa pridávajú pri spracovaní na uľahčenie interpretácie, ukazujú rôzne teploty v tele zvieraťa. Zdroj: Wikimedia Commons.

Pyrometria

Ak sú teploty veľmi vysoké, zmerajte ich pomocou ortuťového teplomeru nie je najznámejšie. Za to pyrometre, prostredníctvom ktorej sa odvodzuje teplota objektu s vedomím jeho emisivity, a to vďaka emisii elektromagnetického signálu.

Astronómia

Svetlo hviezd je modelované veľmi dobre s aproximáciou čierneho tela, ako aj celým vesmírom. A na základe strany sa Wienov zákon často používa v astronómii na určenie teploty hviezd, podľa vlnovej dĺžky svetla, ktoré emitujú.

Vojenský priemysel

Raketa.

Odkazy

1. Giambattista, a. 2010. Fyzika. Druhý. Edimatizovať. McGraw Hill.
2. Gómez, e. Jazda, konvekcia a žiarenie. Získané z: Eltamiz.com.
3. González de Arrieta, i. Aplikácie tepelného žiarenia. Obnovené z: www.Ehu.Eus.
4. Observatórium NASA Zem. Klimatizácia a energetický rozpočet. Získané z: EarthObservathatory.hrniec.Vláda.
5. Natahenoo. Tepelné aplikácie. Získané z: Cinehenao.Slovník.com.
6. Serway, r. Fyzika pre vedu a inžinierstvo. Zväzok 1. 7. Edimatizovať. Učenie sa.