Šeit lasītājs atradīs vispārīgu informāciju par to, kas ir siltuma pārnese, kā arī detalizēti aplūkos starojuma siltuma pārneses fenomenu, tā atbilstību noteiktiem likumiem, procesa īpatnībām, siltuma formulu, izmantošanu cilvēka siltuma pārnesi un tā plūsmu dabā.
Ieeja siltummaiņā
Lai saprastu starojuma siltuma pārneses būtību, vispirms ir jāsaprot tā būtība un jāzina, kas tas ir?
Siltuma pārnese ir iekšējā tipa enerģijas indeksa izmaiņas bez darba pie objekta vai objekta, kā arī bez ķermeņa veiktā darba. Šāds process vienmēr notiek noteiktā virzienā, proti: siltums pāriet no ķermeņa ar augstāku temperatūras indeksu uz ķermeni ar zemāku. Sasniedzot temperatūru izlīdzināšanos starp ķermeņiem, process apstājas, un tas notiek ar siltuma vadīšanas, konvekcijas un starojuma palīdzību.
- Siltumvadītspēja ir iekšējās enerģijas pārnešana no viena ķermeņa fragmenta uz otru vai starp ķermeņiem, kad tie saskaras.
- Konvekcija ir siltuma pārnese, kas rodas noenerģijas pārnese kopā ar šķidruma vai gāzes plūsmām.
- Radiācijai ir elektromagnētisks raksturs, ko izdala noteiktas temperatūras stāvoklī esošās vielas iekšējā enerģija.
Siltuma formula ļauj veikt aprēķinus, lai noteiktu nodotās enerģijas daudzumu, tomēr izmērītās vērtības ir atkarīgas no notiekošā procesa rakstura:
- Q=cmΔt=cm(t2 – t1) – apkure un dzesēšana;
- Q=mλ – kristalizācija un kušana;
- Q=mr - tvaika kondensācija, viršana un iztvaikošana;
- Q=mq – degvielas sadegšana.
Ķermeņa un temperatūras saistība
Lai saprastu, kas ir starojuma siltuma pārnese, jums jāzina fizikas pamatlikumi par infrasarkano starojumu. Ir svarīgi atcerēties, ka jebkurš ķermenis, kura temperatūra absolūtā izteiksmē ir virs nulles, vienmēr izstaro siltumenerģiju. Tas atrodas elektromagnētisko viļņu infrasarkanajā spektrā.
Tomēr dažādiem ķermeņiem, kuriem ir vienāda temperatūra, būs atšķirīga spēja izstarot starojuma enerģiju. Šis raksturlielums būs atkarīgs no dažādiem faktoriem, piemēram: ķermeņa struktūras, rakstura, formas un virsmas stāvokļa. Elektromagnētiskā starojuma būtība attiecas uz dubulto, korpuskulāro viļņu. Elektromagnētiskā tipa laukam ir kvantu raksturs, un tā kvantus attēlo fotoni. Mijiedarbojoties ar atomiem, fotoni tiek absorbēti un nodod savu enerģiju elektroniem, fotons pazūd. Enerģijas eksponenta termiskās svārstībasatoms molekulā palielinās. Citiem vārdiem sakot, izstarotā enerģija tiek pārvērsta siltumā.
Izstarotā enerģija tiek uzskatīta par galveno daudzumu, un to apzīmē ar zīmi W, mērot džoulos (J). Starojuma plūsma izsaka vidējo jaudas vērtību laika periodā, kas ir daudz lielāks par svārstību periodiem (enerģija, kas izstarota laika vienībā). Plūsmas izstarotā vienība ir izteikta džoulos sekundē (J / s), vats (W) tiek uzskatīts par vispārpieņemtu iespēju.
Ievads starojuma siltuma pārnesē
Tagad vairāk par šo fenomenu. Starojuma siltuma pārnese ir siltuma apmaiņa, tā pārnešanas process no viena ķermeņa uz otru, kam ir atšķirīgs temperatūras indekss. Rodas ar infrasarkanā starojuma palīdzību. Tas ir elektromagnētisks un atrodas elektromagnētiska rakstura viļņu spektru apgabalos. Viļņu diapazons ir diapazonā no 0,77 līdz 340 µm. Diapazons no 340 līdz 100 µm tiek uzskatīts par garo viļņu diapazonu, 100 - 15 µm pieder vidējam viļņu diapazonam un īsie viļņu garumi no 15 līdz 0,77.
Infrasarkanā spektra īsviļņu daļa atrodas blakus redzamajai gaismai, un viļņu garo viļņu daļa nonāk ultraīsajos radioviļņos. Infrasarkanajam starojumam raksturīga taisna izplatīšanās, tas spēj lauzt, atstarot un polarizēties. Spēj iekļūt dažādos materiālos, kas ir necaurredzami redzamai gaismai.
Citiem vārdiem sakot, starojuma siltuma pārnesi var raksturot kā pārnesisiltums elektromagnētisko viļņu enerģijas veidā, kamēr process notiek starp virsmām, kuras atrodas savstarpējas starojuma procesā.
Intensitātes indeksu nosaka virsmu savstarpējais izvietojums, ķermeņu izstarojošās un absorbējošās spējas. Starojuma siltuma pārnese starp ķermeņiem atšķiras no konvekcijas un siltuma vadīšanas procesiem ar to, ka siltumu var nosūtīt caur vakuumu. Šīs parādības līdzība ar citām ir saistīta ar siltuma pārnesi starp ķermeņiem ar dažādiem temperatūras indeksiem.
Radiācijas plūsma
Starojuma siltuma pārnesei starp ķermeņiem ir noteikts starojuma plūsmu skaits:
- Iekšējā starojuma plūsma - E, kas ir atkarīga no temperatūras indeksa T un ķermeņa optiskajām īpašībām.
- Kritošā starojuma plūsmas.
- Absorbētie, atstarotie un pārraidītie starojuma plūsmu veidi. Kopumā tie ir vienādi Epad.
Vide, kurā notiek siltuma apmaiņa, var absorbēt starojumu un radīt savu.
Izstarojuma siltuma apmaiņu starp noteiktu skaitu ķermeņu raksturo efektīva starojuma plūsma:
EEF=E+EOTR=E+(1-A)EFAD. Ķermeņus jebkurā temperatūrā ar indikatoriem L=1, R=0 un O=0 sauc par "absolūti melniem". Cilvēks radīja jēdzienu "melnais starojums". Tās temperatūras rādītāji atbilst ķermeņa līdzsvaram. Izstarotā starojuma enerģija tiek aprēķināta, izmantojot objekta vai objekta temperatūru, ķermeņa raksturs to neietekmē.
Likumu ievērošanaBolcmans
Ludvigs Bolcmans, kurš dzīvoja Austrijas impērijas teritorijā 1844.–1906. gadā, izveidoja Stefana-Bolcmaņa likumu. Tieši viņš ļāva cilvēkam labāk izprast siltuma apmaiņas būtību un operēt ar informāciju, gadu gaitā to pilnveidojot. Apsveriet tā formulējumu.
Stefana-Bolcmaņa likums ir neatņemams likums, kas apraksta dažas absolūti melnu ķermeņu pazīmes. Tas ļauj noteikt melnā ķermeņa starojuma jaudas blīvuma atkarību no tā temperatūras indeksa.
Likuma ievērošana
Izstarojuma siltuma pārneses likumi atbilst Stefana-Bolcmaņa likumam. Siltuma vadīšanas un konvekcijas siltuma pārneses intensitātes līmenis ir proporcionāls temperatūrai. Izstarojuma enerģija siltuma plūsmā ir proporcionāla temperatūrai līdz ceturtajai jaudai. Tas izskatās šādi:
q=σ A (T14 – T2 4).
Formulā q ir siltuma plūsma, A ir ķermeņa virsmas laukums, kas izstaro enerģiju, T1 un T2 ir temperatūras, kas izstaro ķermeņus un vidi, kas absorbē šo starojumu.
Iepriekš minētais siltuma starojuma likums precīzi apraksta tikai ideālo starojumu, ko rada absolūti melns ķermenis (a.h.t.). Tādu ķermeņu dzīvē praktiski nav. Tomēr plakanas melnas virsmas tuvojas A. Ch. T. Gaismas ķermeņu starojums ir salīdzinoši vājš.
Ir ieviests emisijas koeficients, lai ņemtu vērā novirzi no ideālitātesdaudzums s.t. izteiciena labajā komponentā, kas izskaidro Stefana-Bolcmaņa likumu. Emisijas indekss ir vienāds ar vērtību, kas ir mazāka par vienu. Plakana melna virsma var palielināt šo koeficientu līdz 0,98, savukārt metāla spogulis nepārsniegs 0,05. Tāpēc absorbcija ir augsta melniem ķermeņiem un zema spoguļķermeņiem.
Par pelēko korpusu (s.t.)
Siltuma pārnesē bieži tiek minēts tāds termins kā pelēks ķermenis. Šis objekts ir ķermenis, kura elektromagnētiskā starojuma spektrālā tipa absorbcijas koeficients ir mazāks par vienu, kas nav balstīts uz viļņa garumu (frekvenci).
Siltuma emisija ir vienāda atkarībā no melna ķermeņa ar tādu pašu temperatūru starojuma spektrālā sastāva. Pelēks korpuss atšķiras no melna ar zemāku enerģijas saderības indikatoru. Līdz spektrālā melnuma līmenim s.t. viļņa garums netiek ietekmēts. Redzamā gaismā sodrēji, ogles un platīna pulveris (melns) atrodas tuvu pelēkajam korpusam.
Siltuma pārneses zināšanu pielietošanas jomas
Ap mums nepārtraukti notiek siltuma emisija. Dzīvojamās un biroja telpās bieži var atrast elektriskos sildītājus, kas nodarbojas ar siltuma starojumu, un mēs to redzam kā sarkanīgu spirāles mirdzumu - šāds siltums pieder pie redzamā, tas "stāv" pie malas. infrasarkanais spektrs.
Telpas apkure faktiski ir saistīta ar neredzamu infrasarkanā starojuma komponentu. Tiek piemērota nakts redzamības ierīcesiltuma starojuma avots un pret infrasarkano starojumu jutīgi uztvērēji, kas ļauj labi orientēties tumsā.
Saules enerģija
Saule pamatoti ir visspēcīgākais termiskās enerģijas izstarotājs. Tas silda mūsu planētu no simt piecdesmit miljonu kilometru attāluma. Saules starojuma intensitāte, ko fiksē jau daudzus gadus un dažādas stacijas, kas atrodas dažādās zemes vietās, atbilst aptuveni 1,37 W/m2.
Tā ir saules enerģija, kas ir dzīvības avots uz planētas Zeme. Pašlaik daudzi prāti ir aizņemti, cenšoties atrast visefektīvāko veidu, kā to izmantot. Tagad mēs zinām saules paneļus, kas var apsildīt dzīvojamās ēkas un nodrošināt enerģiju ikdienas vajadzībām.
Noslēgumā
Rezumējot, lasītājs tagad var definēt starojuma siltuma pārnesi. Aprakstiet šo parādību dzīvē un dabā. Starojuma enerģija ir galvenā pārraidītā enerģijas viļņa īpašība šādā parādībā, un uzskaitītās formulas parāda, kā to aprēķināt. Kopumā process pats par sevi pakļaujas Stefana-Bolcmaņa likumam, un tam var būt trīs formas atkarībā no tā rakstura: krītošā starojuma plūsma, sava veida starojums un atstarots, absorbēts un pārraidīts.
