Tu czytelnik znajdzie ogólne informacje o tym, czym jest wymiana ciepła, a także szczegółowo rozważy zjawisko promieniowania cieplnego, jego zgodność z pewnymi prawami, cechy procesu, formułę ciepła, zastosowanie wymiany ciepła przez człowieka i jego przepływu w przyrodzie.
Wejście do wymiany ciepła
Aby zrozumieć istotę promieniowania cieplnego, musisz najpierw zrozumieć jego istotę i wiedzieć, co to jest?
Przenoszenie ciepła to zmiana wskaźnika energetycznego typu wewnętrznego bez pracy na obiekcie lub podmiocie, a także bez pracy wykonywanej przez ciało. Taki proces przebiega zawsze w określonym kierunku, a mianowicie: ciepło przechodzi z ciała o wyższym wskaźniku temperatury do ciała o niższym wskaźniku. Po osiągnięciu wyrównania się temperatur między ciałami proces zatrzymuje się i jest realizowany za pomocą przewodzenia ciepła, konwekcji i promieniowania.
- Przewodnictwo cieplne to proces przekazywania energii wewnętrznej z jednego fragmentu ciała do drugiego lub między ciałami podczas ich kontaktu.
- Konwekcja to wymiana ciepła wynikająca ztransfer energii wraz z przepływami cieczy lub gazu.
- Promieniowanie ma charakter elektromagnetyczny i jest emitowane dzięki energii wewnętrznej substancji, która znajduje się w stanie określonej temperatury.
Wzór na ciepło pozwala na wykonanie obliczeń w celu określenia ilości przekazanej energii, jednak zmierzone wartości są zależne od charakteru trwającego procesu:
- Q=cmΔt=cm(t2 – t1) – ogrzewanie i chłodzenie;
- Q=mλ – krystalizacja i topnienie;
- Q=mr - kondensacja pary, wrzenie i parowanie;
- Q=mq – spalanie paliwa.
Zależność między ciałem a temperaturą
Aby zrozumieć, czym jest promieniowanie ciepła, musisz znać podstawowe prawa fizyki dotyczące promieniowania podczerwonego. Należy pamiętać, że każde ciało, którego temperatura jest powyżej zera w wartościach bezwzględnych, zawsze emituje energię cieplną. Leży w podczerwonym widmie fal o charakterze elektromagnetycznym.
Jednak różne ciała o tej samej temperaturze będą miały różną zdolność emitowania energii promieniowania. Ta cecha będzie zależeć od różnych czynników, takich jak: budowa ciała, charakter, kształt i stan powierzchni. Natura promieniowania elektromagnetycznego odnosi się do podwójnej, korpuskularnej fali. Pole typu elektromagnetycznego ma charakter kwantowy, a jego kwanty reprezentowane są przez fotony. Fotony oddziałując z atomami są absorbowane i przekazują swoją energię elektronom, foton znika. Wykładnik energii fluktuacja cieplnaatom w cząsteczce wzrasta. Innymi słowy, wypromieniowana energia jest zamieniana na ciepło.
Energia wypromieniowana jest uważana za wielkość główną i jest oznaczona znakiem W, mierzona w dżulach (J). Strumień promieniowania wyraża średnią wartość mocy w okresie czasu, który jest znacznie większy niż okresy oscylacji (energia emitowana w jednostce czasu). Jednostka emitowana przez strumień jest wyrażona w dżulach na sekundę (J / s), wat (W) jest uważany za ogólnie akceptowaną opcję.
Wprowadzenie do wymiany ciepła przez promieniowanie
Teraz więcej o tym zjawisku. Promieniowanie cieplne to wymiana ciepła, proces przenoszenia go z jednego ciała do drugiego, które ma inny wskaźnik temperatury. Występuje za pomocą promieniowania podczerwonego. Jest elektromagnetyczny i leży w obszarach widm falowych o charakterze elektromagnetycznym. Zakres fal mieści się w zakresie od 0,77 do 340 µm. Zakresy od 340 do 100 µm są uważane za fale długie, 100 - 15 µm należą do zakresu fal średnich, a fale krótkie od 15 do 0,77 µm.
Krótkofalowa część widma podczerwonego sąsiaduje ze światłem widzialnym, a długie fale przechodzą w ultrakrótką falę radiową. Promieniowanie podczerwone charakteryzuje się propagacją prostoliniową, jest w stanie załamywać, odbijać i polaryzować. Zdolne do penetracji szeregu materiałów nieprzezroczystych dla światła widzialnego.
Innymi słowy, promieniujące przenoszenie ciepła można scharakteryzować jako przenoszenieciepło w postaci energii fali elektromagnetycznej, podczas gdy proces przebiega pomiędzy powierzchniami, które są w procesie wzajemnego promieniowania.
Wskaźnik intensywności określany jest przez wzajemne ułożenie powierzchni, zdolności emisyjne i absorpcyjne ciał. Promieniowanie cieplne między ciałami różni się od procesów konwekcji i przewodzenia ciepła tym, że ciepło może być przesyłane przez próżnię. Podobieństwo tego zjawiska do innych wynika z przenoszenia ciepła między ciałami o różnych wskaźnikach temperaturowych.
strumień promieniowania
Promieniowanie cieplne między ciałami ma określoną liczbę strumieni promieniowania:
- Własny strumień promieniowania - E, który zależy od wskaźnika temperatury T i właściwości optycznych ciała.
- Przepływy promieniowania padającego.
- Pochłaniane, odbijane i transmitowane rodzaje strumieni promieniowania. W sumie są one równe Epad.
Środowisko, w którym następuje wymiana ciepła, może pochłaniać promieniowanie i wprowadzać własne.
Wymiana ciepła promieniowania między określoną liczbą ciał jest opisywana przez efektywny strumień promieniowania:
EEF=E+EOTR=E+(1-A)EFAD. Ciała w dowolnej temperaturze, posiadające wskaźniki L=1, R=0 i O=0, nazywane są „całkowicie czarnymi”. Człowiek stworzył pojęcie „czarnego promieniowania”. Odpowiada swoim wskaźnikom temperatury równowadze ciała. Emitowana energia promieniowania jest obliczana na podstawie temperatury podmiotu lub obiektu, charakter ciała nie ma na to wpływu.
Przestrzeganie prawaBoltzmann
Ludwig Boltzmann, który mieszkał na terenie Cesarstwa Austriackiego w latach 1844-1906, stworzył prawo Stefana-Boltzmanna. To on pozwolił człowiekowi lepiej zrozumieć istotę wymiany ciepła i operować informacją, ulepszając ją przez lata. Rozważ jego brzmienie.
Prawo Stefana-Boltzmanna to integralne prawo, które opisuje niektóre cechy ciał absolutnie czarnych. Pozwala określić zależność gęstości mocy promieniowania ciała doskonale czarnego od jego wskaźnika temperatury.
Przestrzeganie prawa
Prawa promieniowania cieplnego są zgodne z prawem Stefana-Boltzmanna. Poziom intensywności wymiany ciepła przez przewodzenie ciepła i konwekcję jest proporcjonalny do temperatury. Energia promieniowania w strumieniu ciepła jest proporcjonalna do temperatury do czwartej potęgi. Wygląda to tak:
q=σ A (T14 – T2 4).
We wzorze q jest strumieniem ciepła, A jest powierzchnią ciała promieniującą energią, T1 i T2 to temperatury emitujące ciała i środowisko, które pochłania to promieniowanie.
Powyższe prawo promieniowania cieplnego dokładnie opisuje tylko idealne promieniowanie wytworzone przez absolutnie czarne ciało (a.h.t.). W życiu praktycznie nie ma takich ciał. Jednak płaskie czarne powierzchnie zbliżają się do A. Ch. T. Promieniowanie od ciał lekkich jest stosunkowo słabe.
Wprowadzono współczynnik emisyjności, aby uwzględnić odchylenie od ideału wieluilość s.t. we właściwy składnik wyrażenia wyjaśniającego prawo Stefana-Boltzmanna. Wskaźnik emisyjności jest równy wartości mniejszej niż jeden. Płaska czarna powierzchnia może podnieść ten współczynnik do 0,98, podczas gdy metalowe lustro nie przekroczy 0,05. Dlatego absorbancja jest wysoka dla ciał czarnych i niska dla ciał zwierciadlanych.
O szarym ciele (s.t.)
W przypadku wymiany ciepła często mówi się o takim określeniu, jak szare ciało. Ten obiekt to ciało, które ma współczynnik absorpcji promieniowania elektromagnetycznego typu widmowego mniejszy niż jeden, który nie jest oparty na długości fali (częstotliwości).
Emisja ciepła jest taka sama zgodnie ze składem widmowym promieniowania ciała doskonale czarnego o tej samej temperaturze. Szare ciało różni się od czarnego niższym wskaźnikiem kompatybilności energetycznej. Do spektralnego poziomu czerni s.t. nie ma to wpływu na długość fali. W świetle widzialnym sadza, węgiel i proszek platyny (czarny) są blisko szarego korpusu.
Dziedziny zastosowania wiedzy o wymianie ciepła
Emisja ciepła nieustannie nas otacza. W pomieszczeniach mieszkalnych i biurowych często można spotkać grzejniki elektryczne, które są zaangażowane w promieniowanie cieplne, a widzimy to w postaci czerwonawego blasku spirali - takie ciepło należy do widzialnego, „stoi” na krawędzi widmo w podczerwieni.
W rzeczywistości ogrzewanie pomieszczenia jest zaangażowane w niewidzialny składnik promieniowania podczerwonego. Zastosowanie noktowizoraźródło promieniowania cieplnego i odbiorniki wrażliwe na promieniowanie podczerwone, które pozwalają dobrze nawigować w ciemności.
Energia słoneczna
Słońce jest słusznie najpotężniejszym emiterem energii o charakterze termicznym. Ogrzewa naszą planetę z odległości stu pięćdziesięciu milionów kilometrów. Natężenie promieniowania słonecznego, które jest rejestrowane przez wiele lat i przez różne stacje zlokalizowane w różnych częściach Ziemi, odpowiada około 1,37 W/m2.
To energia słoneczna jest źródłem życia na planecie Ziemia. Obecnie wiele umysłów jest zajętych szukaniem najskuteczniejszego sposobu na jego wykorzystanie. Teraz znamy panele słoneczne, które mogą ogrzewać budynki mieszkalne i dostarczać energię na codzienne potrzeby.
Zamykanie
Podsumowując, czytnik może teraz zdefiniować promieniowanie ciepła. Opisz to zjawisko w życiu i przyrodzie. Energia promieniowania jest główną cechą przesyłanej fali energii w takim zjawisku, a wymienione wzory pokazują, jak ją obliczać. W ogólnym ujęciu sam proces jest zgodny z prawem Stefana-Boltzmanna i może przybierać trzy formy, w zależności od swojego charakteru: strumień promieniowania padającego, promieniowanie własnego typu oraz odbite, pochłonięte i przepuszczone.
