Lämpösäteilyominaisuudet, esimerkit, sovellukset

Se Lämmön säteily Se on kehon lähettämä energia lämpötilansa ansiosta ja sähkömagneettisen spektrin infrapuna -aallonpituuksien kautta. Kaikki rungot säteilevät poikkeuksetta jonkin verran infrapunasäteilyä riippumatta siitä, kuinka alhainen niiden lämpötila on.

Se tapahtuu, että kun ne ovat kiihdytettyä liikkeessä, sähköisesti varautuneet hiukkaset värähtelevät ja kineettisen energiansa ansiosta ne säteilevät jatkuvasti sähkömagneettisia aaltoja.

Kuvio 1. Olemme hyvin perehtyneet auringosta tulevan lämpösäteilyn, mikä on itse asiassa lämpöenergian päälähde. Lähde: Pxhere.

Ainoa tapa, jolla runko ei säteile lämpösäteilyä, on, että sen hiukkaset ovat kokonaan lepoa. Tällä tavoin sen lämpötila olisi 0 Kelvin -asteikolla, mutta vähennä siihen pisteeseen, että esineen lämpötila on jotain, jota ei ole vielä saavutettu.

[TOC]

Lämmön säteilyominaisuudet

Merkittävä ominaisuus, joka erottaa tämän lämmönsiirtomekanismin muista, on, että materiaalista väliainetta ei tarvita. Siten auringon lähettämä energia kulkee esimerkiksi 150 miljoonaa kilometriä avaruuden läpi ja saapuu maan päälle jatkuvasti.

Objektia säteilee matemaattinen malli, joka tietää lämpöenergian määrän aikayksikköä kohti:

P =-LlaσeT⁴

Tämä yhtälö tunnetaan Stefanin laki ja seuraavat suuruudet ilmestyvät:

-Lämpöenergia aikayksikköä kohti P, joka tunnetaan nimellä Power ja jonka yksikkö kansainvälisessä yksikköjärjestelmässä on Watt tai Watt (W).

-Hän Pinnallinen alue kuumuutta emitiota -Lla, neliömetrinä.

-Vakio, nimeltään Stefan Constant - Boltzman, merkitty σ Ja kenen arvo on 5.66963 x10^-8 W/m² K -k -⁴,

Voi palvella sinua: magneettinen sokki: yksiköt, kaavat, laskenta, esimerkit

-Se Päästö (Kutsutaan myös Ongelma) kohteen ja, ulottumaton määrä (ilman yksiköitä), joiden arvo on välillä 0 ja 1. Se liittyy materiaalin luonteeseen: esimerkiksi peilillä on alhainen säteily, kun taas hyvin tummalla rungolla on korkea emissiointi.

-Ja lopuksi lämpötila T Kelvinissä.

Esimerkkejä lämpösäteilystä

Stefanin lain mukaan esine säteilee energiaa, joka on verrannollinen pinta -alaan, emissiokykyyn ja neljänteen lämpötilatehoon.

Kun lämpöenergian säteilynopeus riippuu T: n neljästä tehosta, on selvää, että pienillä lämpötilan muutoksilla on valtava vaikutus emittoituun säteilyyn. Esimerkiksi, jos lämpötila kaksinkertaistuu, säteily kasvaa 16 kertaa.

Erityinen tapaus Stefanin laista on täydellinen jäähdytin, täysin läpinäkymätön esine, nimeltään Musta vartalo, Kenen emissiointi on tarkalleen 1. Tässä tapauksessa Stefanin laki on tällainen:

P =-LlaσT⁴

Tapahtuu, että Stefanin laki on matemaattinen malli, joka kuvaa suunnilleen minkä tahansa esineen antamaa säteilyä, koska se pitää emissiokykyä vakiona. Oikeastaan ​​säteily riippuu säteilyn säteilyn aallonpituudesta, pinnan viimeistelystä ja muista tekijöistä.

Kun harkitaan ja Vakiona ja Stefanin lakia sovelletaan alussa osoitetulla tavalla, objektia kutsutaan Harmaa runko.

Joillekin harmaana vartalona käsiteltyjen aineiden säteilyn arvot ovat:

-Kiillotettu alumiini 0.05

-Musta hiili 0.95

-Ihmisen iho, joka on minkä tahansa värin 0.97

-Puu 0.91

-ICE 0.92

Se voi palvella sinua: vääntöhetki

-Vesi 0.91

-Kupari välillä 0.015 ja 0.025

-Teräs välillä 0.06 ja 0.25

Auringon lämpösäteily

Aineellinen esimerkki esineestä, joka säteilee lämpösäteilyä, on aurinko. Arvioidaan, että joka sekunti, noin 1370 J energiaa sähkömagneettisen säteilyn muodossa saapuvat maan päälle auringosta.

Tämä arvo tunnetaan nimellä aurinkovakio Ja jokaisella planeetalla on yksi, joka riippuu sen keskimääräisestä etäisyydestä aurinkoon.

Tämä säteily ylittää kohtisuorasti jokaisen m² ilmakehän kerroksia ja jakautuu eri aallonpituuksilla.

Lähes kaikki tulee näkyvässä valossa, mutta hyvä osa tulee infrapuna säteilynä, mikä on juuri sitä, mitä näemme lämmönä, ja toinen myös ultraviolettisäteinä. Se on suuri määrä energiaa tarpeeksi vastaamaan planeetan tarpeita sen kaappaamiseksi ja sen hyödyntämiseksi.

Aallonpituuden kannalta nämä ovat alueet, joiden sisällä on aurinkosäteily, joka saavuttaa maan:

-Infrapuna, Se, jonka havaitsemme lämpöä: 100 - 0.7 μm*

-Näkyvä valo, välillä 0.7 - 0.4 μm

-Ultravioletti, Alle 0.4 μm

*1 μm = 1 mikrometri tai miljoonan yhden metrin osuus.

Wienin laki

Seuraava kuva näyttää säteilyn jakautumisen suhteessa useiden lämpötilojen aallonpituuteen. Jakauma johtuu Wienin siirtymälaista, jonka mukaan suurin säteilyaallonpituus λ_max Se on käänteisesti verrannollinen Kelvinin T -lämpötilaan:

λ_max T = 2.898 . 10 ⁻³ Mörkki

Kuva 2. Säteilykaavio mustan rungon aallonpituudesta riippuen. Lähde: Wikimedia Commons.

Auringon pintalämpötila on noin 5700 K ja säteilee pääasiassa lyhyemmillä aallonpituuksilla, kuten olemme nähneet. Käyrä, joka lähestyy suurinta aurinkoa. Mutta emittoi myös hyvän osan infrapuna- ja ultravioletista.

Voi palvella sinua: isobarinen prosessi: kaavat, yhtälöt, kokeet, harjoitukset

Lämmön säteilysovellukset

Aurinkoenergia

Suuri määrä energiaa, jota aurinko säteilee, voidaan varastoida nimeltään laitteille keräilijät, ja sitten muuntaa ja käytä sitä kätevästi sähkönä.

Infrapunakamerat

Ne ovat kameroita, jotka nimeltä viitataan, toimivat infrapuna -alueella sen sijaan, että tekisivät niin näkyvässä valossa, kuten tavalliset kammiot. He hyödyntävät sitä tosiasiaa, että kaikki kappaleet lähettävät lämpösäteilyä suuremmassa tai pienemmässä määrin lämpötilansa mukaan.

Kuva 3. Infrapunakammion vangitsema koiran kuva. Alun perin selkeimmät alueet edustavat korkeinta lämpötilaa. Värit, jotka lisätään prosessoinnissa tulkinnan helpottamiseksi, osoittavat eläimen kehon eri lämpötilat. Lähde: Wikimedia Commons.

Pyrometria

Jos lämpötilat ovat erittäin korkeat, mitata ne elohopealämpömittarilla ei ole eniten ilmoitettu. Tästä pyrometrit, jonka kautta esineen lämpötila päätellä.

Tähtitiede

Tähtien valo on mallinnettu erittäin hyvin mustan rungon ja koko maailmankaikkeuden lähentämisellä. Ja puolestaan ​​Wienin lakia käytetään usein tähtitieteessä tähtien lämpötilan määrittämiseksi, heidän lähettämänsä valon aallonpituuden mukaan.

Sotilasala

Ohjus.

Viitteet

1. Giambattista, a. 2010. Fysiikka. Toinen. Ed. McGraw Hill.
2. Gómez, E. Ajo, konvektio ja säteily. Toipunut: Eltamiz.com.
3. González de arrieta, i. Lämmön säteilysovellukset. Toipunut: www.Ehu.Eus.
4. NASA Earth Observatory. Ilmasto ja maan energiabudjetti. Toipunut: EarthobServatory.potti.Hallitus.
5. Natahenoo. Lämmönsovellus. Toipunut: cinehenao.WordPress.com.
6. Serway, R. Fysiikka tieteen ja tekniikan fysiikka. Osa 1. Seitsemäs. Ed. Cengage -oppiminen.