Aici cititorul va găsi informații generale despre ce este transferul de căldură și, de asemenea, va lua în considerare în detaliu fenomenul transferului de căldură radiantă, respectarea acestuia față de anumite legi, caracteristicile procesului, formula căldurii, utilizarea a transferului de căldură de către om și a fluxului său în natură.
Intrare în schimbul de căldură
Pentru a înțelege esența transferului de căldură radiantă, trebuie mai întâi să înțelegeți esența acestuia și să știți ce este?
Transferul de căldură este o modificare a indicelui energetic de tip intern fără lucru asupra obiectului sau subiectului și, de asemenea, fără muncă efectuată de corp. Un astfel de proces decurge întotdeauna într-o direcție specifică, și anume: căldura trece de la un corp cu un indice de temperatură mai mare la un corp cu unul mai scăzut. La atingerea egalizării temperaturilor între corpuri, procesul se oprește și se realizează cu ajutorul conducției căldurii, convecției și radiației.
- Conducția termică este procesul de transfer de energie internă de la un fragment de corp la altul sau între corpuri atunci când acestea intră în contact.
- Convecția este transferul de căldură rezultat dintransferul de energie împreună cu fluxurile de lichid sau gaz.
- Radiațiile sunt de natură electromagnetică, emise datorită energiei interne a unei substanțe care se află într-o stare de o anumită temperatură.
Formula de căldură vă permite să faceți calcule pentru a determina cantitatea de energie transferată, cu toate acestea, valorile măsurate depind de natura procesului în curs:
- Q=cmΔt=cm(t2 – t1) – încălzire și răcire;
- Q=mλ – cristalizare și topire;
- Q=mr - condensarea aburului, fierbere și evaporare;
- Q=mq – arderea combustibilului.
Relația dintre corp și temperatură
Pentru a înțelege ce este transferul de căldură radiantă, trebuie să cunoașteți legile de bază ale fizicii despre radiația infraroșie. Este important să ne amintim că orice corp a cărui temperatură este peste zero în termeni absoluti radiază întotdeauna energie termică. Se află în spectrul infraroșu al undelor de natură electromagnetică.
Totuși, corpuri diferite, având aceeași temperatură, vor avea abilități diferite de a emite energie radiantă. Această caracteristică va depinde de diverși factori precum: structura corpului, natura, forma și starea suprafeței. Natura radiației electromagnetice se referă la unda corpusculară duală. Câmpul de tip electromagnetic are un caracter cuantic, iar cuantele sale sunt reprezentate de fotoni. Interacționând cu atomii, fotonii sunt absorbiți și își transferă energia către electroni, fotonul dispare. Fluctuație termică exponent de energieatomul dintr-o moleculă crește. Cu alte cuvinte, energia radiată este convertită în căldură.
Energia radiată este considerată mărimea principală și se notează cu semnul W, măsurat în jouli (J). Fluxul de radiație exprimă valoarea medie a puterii pe o perioadă de timp mult mai mare decât perioadele de oscilații (energia emisă în timpul unei unități de timp). Unitatea emisă de flux este exprimată în jouli pe secundă (J/s), watul (W) este considerat opțiunea general acceptată.
Introducere în transferul de căldură radiantă
Acum mai multe despre fenomen. Transferul radiant de căldură este schimbul de căldură, procesul de transfer de la un corp la altul, care are un indice de temperatură diferit. Apare cu ajutorul radiației infraroșii. Este electromagnetic și se află în regiunile spectrelor de undă de natură electromagnetică. Gama de unde se află în intervalul de la 0,77 la 340 µm. Intervalele de la 340 la 100 µm sunt considerate unde lungi, 100 - 15 µm aparțin domeniului de undă medie, iar lungimile de undă scurte de la 15 la 0,77 µm.
Porțiunea de unde scurte a spectrului infraroșu este adiacentă luminii vizibile, iar porțiunile de unde lungi ale undelor intră în unda radio ultrascurtă. Radiația infraroșie se caracterizează prin propagare rectilinie, este capabilă să refracte, să reflecte și să polarizeze. Capabil să pătrundă într-o gamă de materiale care sunt opace la lumina vizibilă.
Cu alte cuvinte, transferul de căldură radiantă poate fi caracterizat drept transfercăldură sub formă de energie unde electromagnetice, în timp ce procesul se desfășoară între suprafețe care sunt în proces de radiație reciprocă.
Indexul de intensitate este determinat de aranjarea reciprocă a suprafețelor, de abilitățile de emisie și absorbție ale corpurilor. Transferul radiant de căldură între corpuri diferă de procesele de convecție și conducție a căldurii prin faptul că căldura poate fi trimisă prin vid. Asemănarea acestui fenomen cu altele se datorează transferului de căldură între corpuri cu indici diferiți de temperatură.
Flux de radiații
Transferul de căldură radiantă între corpuri are un anumit număr de fluxuri de radiație:
- Fluxul intrinsec de radiație - E, care depinde de indicele de temperatură T și de caracteristicile optice ale corpului.
- Fluxuri de radiații incidente.
- Tipuri de fluxuri de radiații absorbite, reflectate și transmise. În concluzie, ele sunt egale cu Epad.
Mediul în care are loc schimbul de căldură poate absorbi radiațiile și le poate introduce pe proprie.
Schimbul de căldură radiantă între un anumit număr de corpuri este descris de un flux de radiație efectiv:
EEF=E+EOTR=E+(1-A)EFAD. Corpurile, la orice temperatură, având indicatori L=1, R=0 și O=0, se numesc „absolut negre”. Omul a creat conceptul de „radiație neagră”. Ea corespunde cu indicatorii săi de temperatură cu echilibrul corpului. Energia radiației emise este calculată folosind temperatura subiectului sau obiectului, natura corpului nu afectează acest lucru.
Urmând legileBoltzmann
Ludwig Boltzmann, care a locuit pe teritoriul Imperiului Austriac în 1844-1906, a creat legea Stefan-Boltzmann. El a fost cel care a permis unei persoane să înțeleagă mai bine esența schimbului de căldură și să opereze cu informații, îmbunătățind-o de-a lungul anilor. Luați în considerare formularea acestuia.
Legea Stefan-Boltzmann este o lege integrală care descrie unele trăsături ale corpurilor absolut negre. Vă permite să determinați dependența densității puterii radiației a unui corp negru de indicele său de temperatură.
Respectarea legii
Legile transferului de căldură radiantă se supun legii Stefan-Boltzmann. Nivelul de intensitate al transferului de căldură prin conducție și convecție a căldurii este proporțional cu temperatura. Energia radiantă în fluxul de căldură este proporțională cu temperatura cu cea de-a patra putere. Arată așa:
q=σ A (T14 – T2 4).
În formulă, q este fluxul de căldură, A este aria suprafeței corpului care radiază energie, T1 și T2 sunt corpurile care emit temperaturi și mediul care absoarbe această radiație.
Legea de mai sus a radiației termice descrie exact doar radiația ideală creată de un corp absolut negru (a.h.t.). Practic nu există astfel de corpuri în viață. Cu toate acestea, suprafețele plate negre se apropie de A. Ch. T. Radiația de la corpurile de lumină este relativ slabă.
Există un factor de emisivitate introdus pentru a lua în considerare abaterea de la idealitate a numeroasecantitatea de s.t. în componenta dreaptă a expresiei care explică legea Stefan-Boltzmann. Indicele de emisivitate este egal cu o valoare mai mică de unu. O suprafață neagră plană poate aduce acest coeficient până la 0,98, în timp ce o oglindă metalică nu va depăși 0,05. Prin urmare, absorbanțele sunt mari pentru corpurile negre și scăzute pentru corpurile speculare.
Despre corpul gri (s.t.)
În transferul de căldură, se menționează adesea un astfel de termen ca un corp gri. Acest obiect este un corp care are un coeficient de absorbție de tip spectral al radiației electromagnetice mai mic de unu, care nu se bazează pe lungimea de undă (frecvența).
Emisia de căldură este aceeași în funcție de compoziția spectrală a radiației unui corp negru cu aceeași temperatură. Un corp cenușiu diferă de unul negru printr-un indicator mai scăzut de compatibilitate energetică. Până la nivelul de întuneric spectral al s.t. lungimea de undă nu este afectată. În lumină vizibilă, funinginea, cărbunele și pulberea de platină (neagră) sunt aproape de corpul gri.
Domenii de aplicare a cunoștințelor despre transferul de căldură
Emisia de căldură are loc în mod constant în jurul nostru. În spațiile rezidențiale și de birouri, puteți găsi adesea încălzitoare electrice care sunt implicate în radiația de căldură și o vedem sub forma unei străluciri roșiatice a unei spirale - o astfel de căldură aparține vizibilului, „stă” la marginea spectru infraroșu.
Încălzirea camerei, de fapt, este angajată într-o componentă invizibilă a radiației infraroșii. Se aplică dispozitivul de vedere pe timp de noapteo sursă de radiații de căldură și receptoare sensibile la radiațiile infraroșii, care vă permit să navigați bine în întuneric.
Sun Energy
Soarele este pe drept cel mai puternic emițător de energie de natură termică. Ne încălzește planeta de la o distanță de o sută cincizeci de milioane de kilometri. Intensitatea radiației solare, care a fost înregistrată de mulți ani și de diverse stații situate în diferite părți ale pământului, corespunde cu aproximativ 1,37 W/m2.
Este energia soarelui care este sursa vieții pe planeta Pământ. În prezent, multe minți sunt ocupate să găsească cea mai eficientă modalitate de a-l folosi. Acum știm panouri solare care pot încălzi clădirile rezidențiale și pot furniza energie pentru nevoile de zi cu zi.
În încheiere
Rezumând, cititorul poate defini acum transferul de căldură radiantă. Descrieți acest fenomen în viață și natură. Energia radiantă este principala caracteristică a undei de energie transmisă într-un astfel de fenomen, iar formulele enumerate arată cum se calculează. In pozitie generala, procesul in sine se supune legii Stefan-Boltzmann si poate avea trei forme, in functie de natura sa: fluxul de radiatii incidente, radiatii de tip propriu si reflectate, absorbite si transmise.
