Prenos toplote sevanja (s primeri)

The Prenos toplote z sevanjem Sestavljen je iz energijskega pretoka skozi elektromagnetne valove. Ker se ti valovi lahko premikajo skozi vakuum s hitrostjo svetlobe, lahko tudi prenašajo toploto.

Elektromagnetni valovi imajo neprekinjene valovne dolžine, imenovane spekter in to sega od daljših in manj energijskih valovnih dolžin, do najkrajših in z večjo energijo.

Med njimi je infrardeče sevanje, pas v bližini vidnega traku valovne dolžine, vendar pod njim. Na ta način velike količine toplote od sonca dosežejo zemljo in prečkajo milijone kilometrov.

Toda ne samo žarilni predmeti, kot je sonce, oddajajo toploto v obliki sevanja, v resnici vsak predmet to stori neprekinjeno, le če je temperatura nizka, je valovna dolžina velika in je zato energija, ki je obratno sorazmerna, majhna.

[TOC]

Kako se toplota prenaša s sevanjem?

Izgorevanje premoga prenaša toploto z sevanjem

Elektroni vibrirajo, oddajajo elektromagnetne valove. Če so valovi nizka frekvenca, je enakovredno reči, da je njihova valovna dolžina dolga in da je gibanje valov počasno, zato ima malo energije. Če pa se frekvenca poveča, se val premika hitreje in ima več energije.

Predmet z nekaj temperature T pogosto oddaja sevanje F, tako da T in F So sorazmerne. In ker elektromagnetni valovi ne potrebujejo materialnega medija za širjenje, se lahko infrardeči fotoni, ki so odgovorni za širjenje sevanja, premaknejo brez praznega problema.

Tako pride sevanje sonca na Zemljo in na druge planete. Vendar pa se z razdaljo valovi zmanjšajo in količina toplote zmanjšuje.

Vam lahko služi: prevodno ravnovesje: pogoji, primeri, vaje

Stefanov zakon in Wienov zakon

The Zakon Stefan navaja, da bi lahko moč⁴, V skladu z izrazom:

P =DoσeT⁴

V mednarodnih sistemskih enotah je moč na voljo v Wattsu (W) in temperaturi v Kelvinu (K). V tej enačbi je A površina predmeta, σ To je Stefanova stalnica - Boltzman, ki je vreden 5.66963 X10^-8 W/m² K⁴,

Končno je E Emisivnost  tudi Težava predmeta, številčna vrednost brez enot, med 0 in 1. Vrednost je podana glede na material, saj imajo zelo temna telesa visoko emisivnost, ravno nasprotno od ogledala.

Viri sevanja, na primer nitka žarnice ali sonca, oddajajo sevanje v številnih valovnih dolžinah. Sonce je skoraj vse v vidnem območju elektromagnetnega spektra.

Med največjo valovno dolžino λ_Max In temperatura emitterja je odnos, ki ga daje Wienov zakon:

λ_Max ∙ t = 2.898 . 10 ⁻³ M⋅K

Sevanje črnega telesa

Naslednja slika prikazuje krivulje emisij energije, odvisno od temperature v Kelvinu, za idealen predmet, ki absorbira vse sevanje, ki vpliva. Ta predmet se imenuje Črno telo.

Porazdelitev valovne dolžine za različne temperature. Vir: Wikimedia Commons.

Prostori med premogom žerjavic v pečici se obnašajo kot idealni oddajalci sevanja, vrste črnega telesa, z dovolj pristopa. Za določitev različnih temperaturnih krivulj in njihovih porazdelitev valovnih dolžin so bili narejeni številni poskusi.

Kot je razvidno, je pri višji temperaturi nižja valovna dolžina, večja je frekvenca in sevanje več energije.

Ob predpostavki, da se sonce obnaša kot črno telo, med krivuljami, prikazanimi na sliki, je tisto, ki je najbližje temperaturi sončne površine, 5500 K. Njegov vrh najdemo v valovni dolžini 500 nm (nanometri).

Lahko vam služi: konvekcijski prenos toplote (s primeri)

Temperatura sončne površine je približno 5700 K. Wienovega zakona:

λ_Max = 2.898 × ​​10 ⁻³ m⋅K / 5700 K = 508, 4 nm

Ta rezultat je približno skladen s tistim, ki ga opazimo v grafiki. Ta valovna dolžina pripada vidnemu območju spektra, vendar je treba poudariti, da predstavlja le vrhunski vrh. Pravzaprav sonce izžareva večino svoje energije med infrardečimi valovnimi dolžinami, vidnim spektrom in ultravijoličnim.

Primeri prenos toplote s sevanjem

Vsi predmeti, brez izjeme, oddajajo neko obliko toplote z sevanjem, vendar so nekateri veliko bolj opazni oddajniki:

Električne kuhinje, toasters in električno ogrevanje

Kuhinja je dobro mesto za preučevanje mehanizmov prenosa toplote, na primer sevanje je mogoče opaziti, da se približa (previdno) roki do električne žemljice, ki sije z oranžnim sijajem. Ali tudi do žara žara.

Uporni elementi grelnika, tosterjev in električnih pečic se segrejejo in pridobijo oranžni sijaj, prav tako prenašajo toploto s sevanjem.

Žarnice z žarilnimi žarnicami

Filament žarnic z žarilnimi žarnicami doseže visoke temperature, med 1200 in 2500 ° C, oddaja energije, porazdeljeno v infrardečem sevanju (večina) in vidno svetlobo, oranžno ali rumeno.

Sonce

Sonce prenaša toploto z sevanjem na zemljo, skozi prostor, ki jih ločuje. Pravzaprav je sevanje najpomembnejši mehanizem prenosa toplote pri skoraj vseh zvezdah, čeprav imajo tudi druge, kot je konvekcija.

Vam lahko služi: linearni valovi: koncept, značilnosti, primeri

Vir energije znotraj sonca je termonuklearni fuzijski reaktor v jedru, ki sprošča velike količine energije s pretvorbo vodika v helij. Dober del te energije je v vidni svetlobi, a kot je bilo že razloženo, so pomembne tudi valovne dolžine ultravijoličnega in infrardečega.

Zemlja

Planet Earth je tudi oddajalec sevanja, čeprav v svojem središču nima reaktorja, kot je sonce.

Kopenske emisije so posledica radioaktivnega razpada različnih mineralov v notranjosti, kot sta uran in radio. Zato je notranjost globokih min vedno vroča, čeprav je ta toplotna energija nižja frekvenca, kot je bilo oddaja sonce.

Ker je atmosfera Zemlje selektivna z različnimi valovnimi dolžinami, sončna vročina doseže površino brez težav, saj atmosfera omogoča, da glavne frekvence prehajajo.

Vendar pa je ozračje neprozorno pred nižjo energijsko infrardeče sevanje, kot je tisto, ki se proizvaja na zemlji zaradi naravnih vzrokov in človeške roke. Z drugimi besedami, ne dovoli, da pobegne zunaj in zato prispeva k globalnemu segrevanju planeta.

Reference

1. Giambattista, a. 2010. Fizika. 2. mesto. Ed. McGraw Hill.
2. Giancoli, d.  2006. Fizika: načela z aplikacijami. 6. Ed Prentice Hall.
3. Hewitt, Paul. 2012. Konceptualna fizikalna znanost. 5. Ed. Pearson.
4. Sears, Zemansky. 2016. Univerzitetna fizika s sodobno fiziko. 14. Ed. Zvezek 1. Pearson.
5. Serway, r., Jewett, J. 2008. Fizika za znanost in inženiring. Zvezek 1. 7. Ed. Cengage učenje.
6. Tippens, str. 2011. Fizika: pojmi in aplikacije. 7. izdaja. McGraw Hill.