Prenos žiarenia tepla (s príkladmi)

Ten Prenos tepla pomocou žiarenia Pozostáva z toku energie cez elektromagnetické vlny. Pretože tieto vlny sa môžu pohybovať vákuom rýchlosťou svetla, môžu tiež prenášať teplo.

Elektromagnetické vlny majú kontinuálne vlnové dĺžky nazývané spektrum A to prechádza od dlhších a menej energie, k najkratším a s väčšou energiou.

Medzi nimi je infračervené žiarenie, pásmo blízko pásu viditeľnej vlnovej dĺžky, ale pod ním. Týmto spôsobom veľké množstvo tepla zo slnka dosahuje Zem a prechádza miliónmi kilometrov.

Ale nielen žiarovky, ako napríklad slnko emitované teplo vo forme žiarenia, v skutočnosti akýkoľvek objekt nepretržite, iba ak je teplota nízka, je vlnová dĺžka veľká, a preto je energia, ktorá je nepriamo úmerná, malý, malý.

[TOC]

Ako sa tepla prenáša žiarením?

Horiace uhlie prenášajú teplo žiarením

Elektróny vibrujú, emitujú elektromagnetické vlny. Ak sú vlny nízka frekvencia, je rovnocenné tvrdiť, že ich vlnová dĺžka je dlhá a pohyb vlny je pomalý, preto má malú energiu. Ale ak sa frekvencia zvyšuje, vlna sa pohybuje rýchlejšie a má viac energie.

Objekt s určitou teplotou Tón Často vyžaruje žiarenie F, tak Tón a F Sú proporcionálne. A keďže elektromagnetické vlny nepotrebujú materiálne médium na šírenie, infračervené fotóny, ktoré sú zodpovedné za šírenie žiarenia, sa môžu presunúť bez problémov s prázdnymi problémami.

Takto prichádza žiarenie slnka na Zem a ostatné planéty. S vzdialenosťou sa však vlny zoslabujú a množstvo tepla klesá.

Môže vám slúžiť: prekladateľská rovnováha: Podmienky, príklady, cvičenia

Stefanov zákon a Wienov zákon

Ten Stefan zákon uvádza, že moc mohla⁴, Podľa výrazu:

P =DoσeTón⁴

V medzinárodných systémových jednotkách prichádza energia vo Watts (W) a teplote v Kelvin (K). V tejto rovnici A je povrchová plocha objektu, σ Je to Stefanova konštanta - Boltzman, čo má hodnotu 5.66963 x10^-8 W/m² Klimatizovať⁴,

Nakoniec E je Emisivita  ani Problém objektu, numerická hodnota bez jednotiek, medzi 0 a 1. Hodnota je daná podľa materiálu, pretože veľmi tmavé telá majú vysokú emisivitu, úplne opak zrkadla.

Zdroje žiarenia, ako napríklad vlákno žiarovky alebo slnka, vyžarujú žiarenie v mnohých vlnových dĺžkach. Slnko je takmer všetko vo viditeľnej oblasti elektromagnetického spektra.

Medzi maximálnou vlnovou dĺžkou λ_Maximálny A teplota emiča T je vzťah, ktorý dal Wienov zákon:

λ_Maximálny ∙ t = 2.898 . 10 ⁻³ M⋅k

Žiarenie čierneho tela

Nasledujúci obrázok ukazuje krivky emisií energie v závislosti od teploty v Kelvine, pre ideálny objekt, ktorý absorbuje všetky žiarenie, ktoré ho ovplyvňuje a zase je perfektným žiaričkom. Tento objekt sa volá Čierne telo.

Distribúcia vlnovej dĺžky pre rôzne teploty. Zdroj: Wikimedia Commons.

Priestory medzi uhliami z uhlíkov v peci, správajú sa ako ideálne žiariče, typu čierneho tela, s dostatočným prístupom. Uskutočnilo sa množstvo experimentov na určenie rôznych teplotných kriviek a ich príslušných distribúcií vlnovej dĺžky.

Ako je zrejmé, pri vyššej teplote, nižšia je vlnová dĺžka, tým väčšia je frekvencia a žiarenie viac energie.

Za predpokladu, že slnko sa správa ako čierne telo, medzi krivkami zobrazenými na obrázku, ktorá je najbližšia k teplote slnečného povrchu 5500 K. Jeho vrchol sa nachádza vo vlnovej dĺžke 500 nm (nanometre).

Môže vám slúžiť: konvekčný prenos tepla (s príkladmi)

Teplota solárneho povrchu je približne 5700 K. Wienho zákona:

λ_Maximálny = 2.898 × ​​10 ⁻³ M⋅k / 5700 K = 508, 4 nm

Tento výsledok je približne v súlade s výsledkom pozorovaným v grafike. Táto vlnová dĺžka patrí do viditeľnej oblasti spektra, je však potrebné zdôrazniť, že iba distribučný vrchol predstavuje. Slnko v skutočnosti vyžaruje väčšinu svojej energie medzi infračervenými vlnovými dĺžkami, viditeľným spektrom a ultrafialovou farbou.

Príklady prenosu tepla ožarovaním

Všetky objekty, bez výnimky, emitujú určitú formu tepla žiarením, niektoré sú však oveľa pozoruhodnejšie žiaričky:

Elektrické kuchyne, hriankovače a elektrické kúrenie

Kuchyňa je dobrým miestom na štúdium mechanizmov prenosu tepla, napríklad žiarenie je možné vidieť, ako sa blíži (opatrne) ruky k elektrickej buchte, ktorá svieti oranžovou žiarením. Alebo tiež na grilovanie grilu na praženie.

Odporné prvky ohrievača, hriankovačov a elektrických pecí sa tiež zahrievajú a získavajú oranžovú žiaru, ktorá tiež prenáša teplo žiarením.

Žiarovka

Vlákno žiaroviek dosahuje vysoké teploty medzi 1200 a 2500 ° C, čo emituje energiu distribuovanú v infračervenom žiarení (väčšine) a viditeľnom svetle, oranžové alebo žlté.

slnko

Slnko prenáša teplo žiarením na zem cez priestor, ktorý ich oddeľuje. V skutočnosti je ožarovanie najdôležitejším mechanizmom prenosu tepla takmer vo všetkých hviezdoch, hoci iní, napríklad konvekcia, tiež zohrávajú dôležitú úlohu.

Môže vám slúžiť: lineárne vlny: koncept, charakteristiky, príklady

Zdroj energie vo vnútri slnka je termonukleárny fúzny reaktor v jadre, ktorý uvoľňuje veľké množstvo energie konverziou vodíka na hélium. Veľká časť tejto energie je vo viditeľnom svetle, ale ako už bolo vysvetlené, sú dôležité aj vlnové dĺžky ultrafialového a infračerveného.

Zem

Planéta Zem je tiež žiaričkou žiarenia, hoci nemá v strede reaktor, napríklad slnko.

Emisie suchozemských látok sú spôsobené rádioaktívnym rozkladom rôznych minerálov vo vnútri, ako je urán a rádio. Preto je vnútorná časť hlbokých baní vždy horúca, hoci táto tepelná energia je nižšia frekvencia ako slnko emitované.

Pretože atmosféra Zeme je selektívna s rôznymi vlnovými dĺžkami, teplo slnka dosahuje povrch bez problémov, pretože atmosféra umožňuje prejsť hlavnými frekvenciami.

Atmosféra je však nepriehľadná pred infračerveným žiarením s nižšou energiou, ako je napríklad žiarenie produkované na zemi kvôli prírodným príčinám a ľudskou rukou. Inými slovami, nenechá to uniknúť vonku, a preto prispieva k globálnemu otepľovaniu planéty.

Odkazy

1. Giambattista, a. 2010. Fyzika. Druhý. Edimatizovať. McGraw Hill.
2. Giancoli, D.  2006. Fyzika: Princípy s aplikáciami. 6. Ed Prentice Hall.
3. Hewitt, Paul. 2012. Koncepčná fyzická veda. 5. Edimatizovať. Pearson.
4. Sears, Zemansky. 2016. Fyzika univerzity s modernou fyzikou. 14. Edimatizovať. Zväzok 1. Pearson.
5. Serway, r., Jewett, J. 2008. Fyzika pre vedu a inžinierstvo. Zväzok 1. 7. Edimatizovať. Učenie sa.
6. Tippens, P. 2011. Fyzika: Koncepty a aplikácie. 7. vydanie. McGraw Hill.