Ở đây người đọc sẽ tìm thấy thông tin chung về truyền nhiệt là gì, đồng thời sẽ xem xét chi tiết hiện tượng truyền nhiệt bức xạ, sự tuân theo các quy luật nhất định, các tính năng của quá trình, công thức của nhiệt, cách sử dụng truyền nhiệt của con người và dòng chảy của nó trong tự nhiên.
Vào trao đổi nhiệt
Để hiểu bản chất của truyền nhiệt bức xạ, trước tiên bạn phải hiểu bản chất của nó và biết nó là gì?
Truyền nhiệt là sự thay đổi chỉ số năng lượng của loại bên trong mà không có tác dụng đối với vật thể hoặc chủ thể và cũng không có tác dụng của cơ thể. Quá trình đó luôn diễn ra theo một hướng xác định, đó là: nhiệt truyền từ vật có chỉ số nhiệt độ cao hơn sang vật có chỉ số nhiệt độ thấp hơn. Khi đạt đến sự cân bằng nhiệt độ giữa các cơ thể, quá trình dừng lại và nó được thực hiện với sự trợ giúp của dẫn nhiệt, đối lưu và bức xạ.
- Dẫn nhiệt là quá trình truyền năng lượng bên trong từ mảnh cơ thể này sang mảnh cơ thể khác hoặc giữa các cơ thể khi chúng tiếp xúc với nhau.
- Đối lưu là sự truyền nhiệt dotruyền năng lượng cùng với các dòng chất lỏng hoặc khí.
- Bức xạ có bản chất là điện từ, được phát ra do nội năng của một chất ở trạng thái có nhiệt độ nhất định.
Công thức nhiệt cho phép bạn tính toán để xác định lượng năng lượng được truyền đi, tuy nhiên, các giá trị đo được / u200b / u200b là phụ thuộc vào bản chất của quá trình đang diễn ra:
- Q=cmΔt=cm (t2- t1) - sưởi ấm và làm mát;
- Q=mλ - kết tinh và nóng chảy;
- Q=mr - ngưng tụ hơi nước, sôi và bay hơi;
- Q=mq - đốt cháy nhiên liệu.
Mối quan hệ giữa cơ thể và nhiệt độ
Để hiểu truyền nhiệt bức xạ là gì, bạn cần biết các định luật vật lý cơ bản về bức xạ hồng ngoại. Điều quan trọng cần nhớ là bất kỳ cơ thể nào có nhiệt độ trên 0 về mặt tuyệt đối luôn tỏa nhiệt. Nó nằm trong phổ hồng ngoại của các sóng có bản chất điện từ.
Tuy nhiên, các cơ thể khác nhau, có cùng nhiệt độ, sẽ có khả năng phát ra năng lượng bức xạ khác nhau. Đặc tính này sẽ phụ thuộc vào các yếu tố khác nhau như: cấu trúc cơ thể, tính chất, hình dạng và tình trạng bề mặt. Bản chất của bức xạ điện từ đề cập đến sóng kép, phân tử. Trường của loại điện từ có một ký tự lượng tử, và lượng tử của nó được biểu thị bằng các photon. Tương tác với nguyên tử, các photon bị hấp thụ và truyền năng lượng của chúng cho các electron, photon biến mất. Biến động nhiệt theo hàm mũ năng lượngnguyên tử trong phân tử tăng lên. Nói cách khác, năng lượng bức xạ được chuyển thành nhiệt.
Năng lượng bức xạ được coi là đại lượng chính và được ký hiệu bằng ký hiệu W, tính bằng jun (J). Thông lượng bức xạ biểu thị giá trị trung bình của công suất trong một khoảng thời gian lớn hơn nhiều so với các chu kỳ dao động (năng lượng tỏa ra trong một đơn vị thời gian). Đơn vị do luồng phát ra được biểu thị bằng jun trên giây (J / s), oát (W) được coi là tùy chọn được chấp nhận chung.
Giới thiệu về truyền nhiệt bức xạ
Bây giờ nhiều hơn về hiện tượng. Truyền nhiệt bức xạ là sự trao đổi nhiệt, là quá trình truyền nhiệt từ vật này sang vật khác có chỉ số nhiệt độ khác nhau. Xảy ra với sự trợ giúp của bức xạ hồng ngoại. Nó là điện từ và nằm trong các vùng của phổ sóng có bản chất điện từ. Dải sóng nằm trong khoảng từ 0,77 đến 340 µm. Dải từ 340 đến 100 µm được coi là sóng dài, 100 - 15 µm thuộc dải sóng trung bình và bước sóng ngắn từ 15 đến 0,77 µm.
Phần sóng ngắn của quang phổ hồng ngoại tiếp giáp với ánh sáng nhìn thấy, và phần sóng dài của sóng đi vào sóng vô tuyến siêu ngắn. Bức xạ hồng ngoại có đặc điểm là lan truyền thẳng, nó có thể khúc xạ, phản xạ và phân cực. Có khả năng xuyên qua nhiều loại vật liệu không trong suốt đối với ánh sáng nhìn thấy.
Nói cách khác, truyền nhiệt bức xạ có thể được mô tả như truyềnnhiệt dưới dạng năng lượng sóng điện từ, trong khi quá trình này diễn ra giữa các bề mặt đang trong quá trình bức xạ lẫn nhau.
Chỉ số cường độ được xác định bởi sự sắp xếp lẫn nhau của các bề mặt, khả năng phát xạ và hấp thụ của các cơ thể. Sự truyền nhiệt bức xạ giữa các vật thể khác với quá trình đối lưu và dẫn nhiệt ở chỗ nhiệt có thể được truyền qua chân không. Sự giống nhau của hiện tượng này với những hiện tượng khác là do sự truyền nhiệt giữa các cơ thể có chỉ số nhiệt độ khác nhau.
Thông lượng bức xạ
Sự truyền nhiệt bức xạ giữa các vật thể có một số thông lượng bức xạ nhất định:
- Thông lượng bức xạ nội tại - E, phụ thuộc vào chỉ số nhiệt độ T và các đặc tính quang học của cơ thể.
- Dòng bức xạ tới.
- Các loại thông lượng bức xạ hấp thụ, phản xạ và truyền đi. Tóm lại, chúng bằng Epad.
Môi trường diễn ra quá trình trao đổi nhiệt có thể hấp thụ bức xạ và tạo ra bức xạ riêng.
Trao đổi nhiệt bức xạ giữa một số vật thể nhất định được mô tả bằng thông lượng bức xạ hiệu quả:
EEF=E + EOTR=E + (1-A) EFAD. Vật thể, ở bất kỳ nhiệt độ nào, có các chỉ số L=1, R=0 và O=0, được gọi là "hoàn toàn đen". Con người đã tạo ra khái niệm "bức xạ đen". Nó tương ứng với các chỉ số nhiệt độ của nó với trạng thái cân bằng của cơ thể. Năng lượng bức xạ phát ra được tính toán bằng cách sử dụng nhiệt độ của chủ thể hoặc vật thể, bản chất của cơ thể không ảnh hưởng đến điều này.
Tuân thủ luật phápBoltzmann
Ludwig Boltzmann, người sống trên lãnh thổ của Đế quốc Áo vào năm 1844-1906, đã tạo ra định luật Stefan-Boltzmann. Chính ông đã cho phép một người hiểu rõ hơn về bản chất của sự trao đổi nhiệt và vận hành với thông tin, cải thiện nó trong nhiều năm. Hãy xem xét từ ngữ của nó.
Định luật Stefan-Boltzmann là định luật tích phân mô tả một số đặc điểm của vật đen hoàn toàn. Nó cho phép bạn xác định sự phụ thuộc của mật độ công suất bức xạ của vật đen vào chỉ số nhiệt độ của nó.
Tuân thủ pháp luật
Các định luật truyền nhiệt bức xạ tuân theo định luật Stefan-Boltzmann. Mức cường độ truyền nhiệt qua quá trình dẫn nhiệt và đối lưu tỉ lệ với nhiệt độ. Năng lượng tỏa ra trong nhiệt lượng tỉ lệ với nhiệt độ với công suất bậc 4. Nó trông như thế này:
q=σ A (T14- T24).
Trong công thức, q là thông lượng nhiệt, A là diện tích bề mặt của vật tỏa ra năng lượng, T1và T2 là nhiệt độ cơ thể phát ra và môi trường hấp thụ bức xạ này.
Định luật bức xạ nhiệt ở trên chỉ mô tả chính xác bức xạ lý tưởng được tạo ra bởi vật đen hoàn toàn (a.h.t.). Thực tế không có cơ thể như vậy trong cuộc sống. Tuy nhiên, các bề mặt phẳng màu đen tiếp cận A. Ch. T. Bức xạ từ các vật thể nhẹ tương đối yếu.
Có một hệ số phát xạ được đưa vào để tính đến độ lệch so với lý tưởng của nhiềulượng s.t. vào thành phần bên phải của biểu thức giải thích định luật Stefan-Boltzmann. Chỉ số phát xạ bằng giá trị nhỏ hơn một. Một bề mặt phẳng màu đen có thể mang lại hệ số này lên đến 0,98, trong khi một chiếc gương kim loại sẽ không vượt quá 0,05. Do đó, độ hấp thụ cao đối với vật thể đen và thấp đối với vật thể có hình dạng mảnh.
Về (s.t.) Thân xám
Trong truyền nhiệt, người ta thường nhắc đến một thuật ngữ như vật thể xám. Vật thể này là vật thể có hệ số hấp thụ loại quang phổ của bức xạ điện từ nhỏ hơn một, hệ số này không dựa trên bước sóng (tần số).
Sự tỏa nhiệt giống nhau theo thành phần quang phổ của bức xạ vật đen có cùng nhiệt độ. Thân màu xám khác với màu đen bởi chỉ số tương thích năng lượng thấp hơn. Đến mức độ đen quang phổ của s.t. bước sóng không bị ảnh hưởng. Trong ánh sáng nhìn thấy, bồ hóng, than đá và bột bạch kim (màu đen) gần với phần thân màu xám.
Lĩnh vực ứng dụng kiến thức truyền nhiệt
Sự tỏa nhiệt không ngừng diễn ra xung quanh chúng ta. Trong các khu dân cư và văn phòng, bạn thường có thể tìm thấy các lò sưởi điện tham gia vào bức xạ nhiệt và chúng ta thấy nó ở dạng ánh sáng đỏ của một xoắn ốc - nhiệt như vậy thuộc về cái nhìn thấy được, nó "đứng" ở rìa của quang phổ hồng ngoại.
Việc sưởi ấm căn phòng, trên thực tế, có liên quan đến một thành phần vô hình của bức xạ hồng ngoại. Thiết bị nhìn ban đêm được áp dụngmột nguồn bức xạ nhiệt và máy thu nhạy cảm với bức xạ hồng ngoại, cho phép bạn điều hướng tốt trong bóng tối.
Năng lượng mặt trời
Mặt trời đúng là phát ra năng lượng mạnh nhất có tính chất nhiệt. Nó làm nóng hành tinh của chúng ta từ khoảng cách một trăm năm mươi triệu km. Cường độ bức xạ mặt trời, đã được ghi lại trong nhiều năm và bởi các trạm khác nhau đặt tại các khu vực khác nhau của trái đất, tương ứng với khoảng 1,37 W / m2.
Đó là năng lượng của mặt trời là nguồn gốc của sự sống trên hành tinh Trái đất. Hiện nay, nhiều tâm trí đang bận rộn cố gắng tìm ra cách hiệu quả nhất để sử dụng nó. Giờ đây, chúng ta đã biết các tấm pin mặt trời có thể sưởi ấm các tòa nhà dân cư và cung cấp năng lượng cho các nhu cầu hàng ngày.
Đang đóng
Tóm lại, người đọc bây giờ có thể xác định truyền nhiệt bức xạ. Mô tả hiện tượng này trong đời sống và thiên nhiên. Năng lượng bức xạ là đặc tính chính của sóng năng lượng truyền trong một hiện tượng như vậy, và các công thức được liệt kê cho thấy cách tính toán nó. Ở vị trí chung, bản thân quá trình tuân theo định luật Stefan-Boltzmann và có thể có ba dạng, tùy thuộc vào bản chất của nó: dòng bức xạ tới, bức xạ thuộc loại riêng của nó và phản xạ, hấp thụ và truyền đi.
