Säteilylämmönsiirto (esimerkkien kanssa)

Se lämmönsiirto säteilyllä Se koostuu energiavirtauksesta sähkömagneettisten aaltojen läpi. Koska nämä aallot voivat liikkua tyhjiön läpi valon nopeudella, ne voivat myös siirtää lämpöä.

Sähkömagneettisilla aaltoilla on jatkuva aallonpituus, nimeltään spektri Ja se siirtyy pidemmistä ja vähemmän energiaaallonpituuksista lyhimpiin ja suuremmalla energialla.

Niiden joukossa on infrapunasäteily, kaista lähellä näkyvää aallonpituusnauhaa, mutta sen alapuolella. Tällä tavoin auringon suuret määrät lämpöä saavuttavat maan, ylittäen miljoonia kilometrejä.

Mutta ei vain hehkulamppuja, kuten aurinko, säteilevää lämpöä säteilyn muodossa, todellisuudessa mikä tahansa esine tekee sen jatkuvasti, vain kun lämpötila on alhainen, aallonpituus on suuri ja siksi energia, joka on käänteisesti verrannollinen siihen, on pieni, on pieni.

[TOC]

Kuinka säteily välittää lämpöä?

Palavat hiilet lähettävät lämpöä säteilyllä

Elektronit värähtelevät, lähettävät sähkömagneettisia aaltoja. Jos aallot ovat matalaa taajuutta, se vastaa sitä, että niiden aallonpituus on pitkä ja aaltoliike on hidasta, siksi sillä on vähän energiaa. Mutta jos taajuus kasvaa, aalto liikkuu nopeammin ja siinä on enemmän energiaa.

Esine, jolla on jonkin verran lämpötilaa T emittoi säteilyä usein F, jotta T ja F Ne ovat verrannollisia. Ja koska sähkömagneettiset aallot eivät tarvitse leviämistä materiaalia, infrapunafotonit, jotka ovat vastuussa säteilyn leviämisestä, voidaan siirtää ilman tyhjiä ongelmia.

Näin auringon säteily saapuu maan päälle ja muut planeetat. Etäisyydellä aallot kuitenkin heikentyvät ja lämmön määrä vähenee.

Voi palvella sinua: Käännöstasapaino: olosuhteet, esimerkit, harjoitukset

Stefanin laki ja Wienin laki

Se Stefanin laki toteaa, että valta voisi⁴, Ilmaisun mukaan:

P =-LlaσeT⁴

Kansainvälisissä järjestelmäyksiköissä voima tulee Watts (W) ja Kelvinin lämpötila (K). Tässä yhtälössä A on esineen pinta -ala, σ Se on Stefanin vakio - Boltzman, joka on 5 arvoinen.66963 x10^-8 W/m² K -k -⁴,

Lopuksi E on Päästö  jompikumpi Ongelma objektista, numeerinen arvo ilman yksiköitä, välillä 0 ja 1. Arvo annetaan materiaalin mukaan, koska hyvin tummilla rungoilla on korkea emissioni, päinvastoin kuin peili.

Säteilylähteet, kuten lampun tai auringon filamentti, lähettävät säteilyä monissa aallonpituuksissa. Aurinko on melkein kaikki sähkömagneettisen spektrin näkyvällä alueella.

Suurin aallonpituuden λ välillä_Max Ja emitterin T -lämpötila on Wienin lain antama suhde:

λ_Max ∙ T = 2.898 . 10 ⁻³ Mörkki

Mustan rungon säteily

Seuraava kuva näyttää energiapäästökäyrät Kelvinin lämpötilasta riippuen ihanteelliselle esineelle, joka absorboi kaiken siihen vaikuttavan säteilyn ja puolestaan ​​on täydellinen emitteri. Tätä esinettä kutsutaan Musta vartalo.

Eri lämpötilojen aallonpituuden jakautuminen. Lähde: Wikimedia Commons.

Uunissa olevien hiilen hiilien väliset tilat käyttäytyvät ihanteellisina säteilypäästöinä, mustan rungon tyypistä, riittävästi lähestymistapaa. Eri lämpötilakäyrien ja niiden vastaavien aallonpituusjakaumien määrittämiseksi on tehty lukuisia kokeita.

Kuten voidaan nähdä, korkeammassa lämpötilassa alempi on aallonpituus, sitä suurempi taajuus ja säteily on enemmän energiaa.

Olettaen, että aurinko käyttäytyy kuin musta runko kuvassa esitettyjen käyrien joukossa, se on lähinnä aurinkopinnan lämpötilaa 5500 K: n lämpötilaa. Sen piikki löytyy 500 nm: n aallonpituudesta (nanometrit).

Se voi palvella sinua: Konvektion lämmönsiirto (esimerkeillä)

Aurinkopinnan lämpötila on noin 5700 K. Wienin laista:

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

Tämä tulos on suunnilleen yhdenmukainen grafiikassa havaitun kanssa. Tämä aallonpituus kuuluu spektrin näkyvälle alueelle, mutta on kuitenkin korostettava, että vain jakautumispiikki edustaa. Oikeastaan ​​aurinko säteilee suurimman osan energiastaan ​​infrapuna -aallonpituuksien, näkyvän spektrin ja ultravioletin välillä.

Esimerkkejä lämmönsiirto säteilyllä

Kaikki esineet, poikkeuksetta, säteilevät jonkinlaista lämpöä säteilyllä, jotkut ovat kuitenkin paljon merkittäviä päästöjä:

Sähkökeittiöt, lrejät ja sähkölämmitys

Keittiö on hyvä paikka tutkia lämmönsiirtomekanismeja, esimerkiksi säteily voidaan nähdä lähestyvän (huolellisesti) kättä sähköpulla, joka paistaa oranssilla hehkulla. Tai myös grilliin paahtamiseen.

Lämmittimen, leivänpaikkojen ja sähköuunien resistiiviset elementit lämmitetään ja saadaan oranssi hehku, myös lämmön säteilyllä.

Hehkulamppu

Hehsätolaisten lamppujen filamentti saavuttaa korkeita lämpötiloja, välillä 1200 - 2500 ºC, säteilemällä energiaa jakautuneena infrapunasäteilyyn (eniten) ja näkyvään valoon, oranssiin tai keltaiseen.

Aurinko

Aurinko välittää lämpöä säteilyllä maahan, niiden erottavan tilan läpi. Itse asiassa säteily on tärkein lämmönsiirtomekanismi melkein kaikissa tähtiissä, vaikka muilla, kuten konvektiolla, on myös tärkeä rooli.

Voi palvella sinua: lineaariset aallot: konsepti, ominaisuudet, esimerkit

Auringon sisällä oleva energialähde on ytimessä oleva termonukleaarinen fuusioreaktori, joka vapauttaa suuria määriä energiaa muuntamalla vety heliumiksi. Hyvä osa tätä energiaa on näkyvässä valossa, mutta kuten aiemmin selitettiin, myös ultravioletin ja infrapunan aallonpituudet ovat tärkeitä.

Maapallo

Planet Earth on myös säteilypäästö, vaikka sen keskellä ei ole reaktoria, kuten aurinko.

Maapäälliset päästöt johtuvat eri mineraalien radioaktiivisesta rappeutumisesta, kuten uraani ja radio. Siksi syvien kaivoksien sisäpuoli on aina kuuma, vaikka tämä lämpöenergia on alhaisempi taajuus kuin säteilee aurinko.

Koska maan ilmapiiri on selektiivinen eri aallonpituuksien kanssa, auringon lämpö saavuttaa pinnan ilman ongelmia, koska ilmakehän avulla päätaajuudet läpäisevät.

Ilmapiiri on kuitenkin läpinäkymätöntä ennen alemman energian infrapunasäteilyä, kuten maan päällä tuotettua luonnollisia syitä ja ihmisen käden takia. Toisin sanoen se ei anna sen paeta ulkopuolelta ja edistää siksi planeetan ilmaston lämpenemistä.

Viitteet

1. Giambattista, a. 2010. Fysiikka. Toinen. Ed. McGraw Hill.
2. Giancoli, D.  2006. Fysiikka: sovellusten periaatteet. Kuudes. Ed Prentice Hall.
3. Hewitt, Paul. 2012. Käsitteellinen fysiikka. Viides. Ed. Pearson.
4. Sears, Zemansky. 2016. Yliopiston fysiikka, jolla on moderni fysiikka. 14. päivä. Ed. Osa 1. Pearson.
5. Serway, R., Jewett, J. 2008. Fysiikka tieteen ja tekniikan fysiikka. Osa 1. Seitsemäs. Ed. Cengage -oppiminen.
6. Tippens, P. 2011. Fysiikka: Käsitteet ja sovellukset. 7. painos. McGraw Hill.