Tu čitateľ nájde všeobecné informácie o tom, čo je prenos tepla, a tiež podrobne zváži fenomén prenosu tepla sálaním, jeho dodržiavanie určitých zákonov, vlastnosti procesu, vzorec tepla, využitie prenosu tepla človekom a jeho prúdenie v prírode.
Vstup do výmeny tepla
Aby ste pochopili podstatu prenosu tepla sálaním, musíte najprv pochopiť jeho podstatu a vedieť, čo to je?
Prenos tepla je zmena energetického indexu vnútorného typu bez práce na objekte alebo subjekte a tiež bez práce vykonanej telom. Takýto proces prebieha vždy konkrétnym smerom, a to: teplo prechádza z telesa s vyšším teplotným indexom na teleso s nižším. Po dosiahnutí vyrovnania teplôt medzi telesami sa proces zastaví a prebieha pomocou vedenia tepla, konvekcie a žiarenia.
- Tepelné vedenie je proces prenosu vnútornej energie z jedného úlomku tela do druhého alebo medzi telami, keď sa dostanú do kontaktu.
- Konvekcia je výsledkom prenosu teplaprenos energie spolu s tokmi kvapaliny alebo plynu.
- Žiarenie je svojou povahou elektromagnetické, vyžarované v dôsledku vnútornej energie látky, ktorá je v stave určitej teploty.
Vzorec tepla vám umožňuje vykonávať výpočty na určenie množstva prenesenej energie, avšak namerané hodnoty závisia od charakteru prebiehajúceho procesu:
- Q=cmΔt=cm(t2 – t1) – vykurovanie a chladenie;
- Q=mλ – kryštalizácia a topenie;
- Q=mr - kondenzácia pary, varenie a vyparovanie;
- Q=mq – spaľovanie paliva.
Vzťah medzi telom a teplotou
Aby ste pochopili, čo je prenos tepla sálaním, musíte poznať základné fyzikálne zákony o infračervenom žiarení. Je dôležité si uvedomiť, že každé teleso, ktorého teplota je v absolútnom vyjadrení nad nulou, vždy vyžaruje tepelnú energiu. Leží v infračervenom spektre vĺn elektromagnetickej povahy.
Rôzne telesá s rovnakou teplotou však budú mať rôznu schopnosť vyžarovať žiarivú energiu. Táto charakteristika bude závisieť od rôznych faktorov, ako sú: stavba tela, povaha, tvar a stav povrchu. Povaha elektromagnetického žiarenia sa vzťahuje na duálnu, korpuskulárnu vlnu. Pole elektromagnetického typu má kvantový charakter a jeho kvantá sú reprezentované fotónmi. Pri interakcii s atómami sú fotóny absorbované a odovzdávajú svoju energiu elektrónom, fotón zmizne. Energetický exponent tepelná fluktuáciaatómu v molekule sa zvyšuje. Inými slovami, vyžiarená energia sa premieňa na teplo.
Vyžiarená energia sa považuje za hlavnú veličinu a označuje sa znakom W, meraná v jouloch (J). Tok žiarenia vyjadruje priemernú hodnotu výkonu za časové obdobie, ktoré je oveľa väčšie ako periódy kmitov (energia emitovaná za jednotku času). Jednotka emitovaná prúdom je vyjadrená v jouloch za sekundu (J / s), watt (W) sa považuje za všeobecne akceptovanú možnosť.
Úvod do prenosu tepla sálaním
Teraz viac o tomto fenoméne. Prenos tepla sálaním je výmena tepla, proces jeho prenosu z jedného telesa do druhého, ktoré má iný teplotný index. Vyskytuje sa pomocou infračerveného žiarenia. Je elektromagnetický a leží v oblastiach vlnových spektier elektromagnetického charakteru. Rozsah vĺn leží v rozsahu od 0,77 do 340 µm. Rozsahy od 340 do 100 µm sa považujú za dlhovlnné, 100 - 15 µm patria do rozsahu stredných vĺn a krátke vlnové dĺžky od 15 do 0,77 µm.
Krátkovlnná časť infračerveného spektra susedí s viditeľným svetlom a dlhovlnná časť vĺn prechádza do ultrakrátkych rádiových vĺn. Infračervené žiarenie sa vyznačuje priamočiarym šírením, je schopné lámať sa, odrážať a polarizovať. Schopný preniknúť do celého radu materiálov, ktoré sú nepriepustné pre viditeľné svetlo.
Inými slovami, prenos tepla sálaním možno charakterizovať ako prenosteplo vo forme energie elektromagnetických vĺn, pričom proces prebieha medzi povrchmi, ktoré sú v procese vzájomného vyžarovania.
Intenzita indexu je určená vzájomným usporiadaním povrchov, emisnými a absorbčnými schopnosťami telies. Prenos tepla sálaním medzi telesami sa líši od procesov konvekcie a vedenia tepla tým, že teplo môže byť prenášané cez vákuum. Podobnosť tohto javu s inými je spôsobená prenosom tepla medzi telesami s rôznymi teplotnými indexmi.
Tok žiarenia
Prenos tepla medzi telesami má určitý počet tokov žiarenia:
- Vnútorný tok žiarenia - E, ktorý závisí od teplotného indexu T a optických charakteristík tela.
- Toky dopadajúceho žiarenia.
- Absorpované, odrazené a prenášané typy tokov žiarenia. V súčte sa rovnajú Epad.
Prostredie, v ktorom dochádza k výmene tepla, môže absorbovať žiarenie a vnášať svoje vlastné.
Výmena sálavého tepla medzi určitým počtom telies je opísaná efektívnym tokom žiarenia:
EEF=E+EOTR=E+(1-A)EFAD. Telesá pri akejkoľvek teplote, ktoré majú indikátory L=1, R=0 a O=0, sa nazývajú „absolútne čierne“. Človek vytvoril pojem „čierne žiarenie“. Svojimi teplotnými ukazovateľmi zodpovedá rovnováhe tela. Energia emitovaného žiarenia sa vypočítava pomocou teploty subjektu alebo objektu, povaha tela na to nemá vplyv.
Dodržiavanie zákonovBoltzmann
Ludwig Boltzmann, ktorý žil na území Rakúskeho cisárstva v rokoch 1844-1906, vytvoril Stefan-Boltzmannov zákon. Bol to on, kto umožnil človeku lepšie pochopiť podstatu výmeny tepla a pracovať s informáciami a v priebehu rokov ich zlepšovať. Zvážte jeho znenie.
Stefanov-Boltzmannov zákon je integrálny zákon, ktorý popisuje niektoré črty absolútne čiernych telies. Umožňuje vám určiť závislosť hustoty výkonu žiarenia čierneho telesa od jeho teplotného indexu.
Dodržiavanie zákona
Zákony prenosu tepla sálaním sa riadia Stefanovým-Boltzmannovým zákonom. Úroveň intenzity prenosu tepla vedením tepla a konvekciou je úmerná teplote. Energia žiarenia v tepelnom toku je úmerná teplote k štvrtej mocnine. Vyzerá to takto:
q=σ A (T14 – T2 4).
Vo vzorci je q tepelný tok, A je plocha povrchu tela vyžarujúceho energiu, T1 a T2 sú teploty vyžarujúce telesá a prostredie, ktoré toto žiarenie pohlcuje.
Vyššie uvedený zákon tepelného žiarenia presne popisuje iba ideálne žiarenie vytvorené absolútne čiernym telesom (a.h.t.). Takéto telá v živote prakticky neexistujú. Ploché čierne plochy sa však približujú A. Ch. T. Žiarenie zo svetelných telies je relatívne slabé.
Zaviedol sa faktor emisivity, ktorý zohľadňuje odchýlky od ideálnosti mnohýchmnožstvo s.t. do pravej zložky výrazu vysvetľujúceho Stefanov-Boltzmannov zákon. Index emisivity sa rovná hodnote nižšej ako jedna. Plochý čierny povrch môže priniesť tento koeficient až na 0,98, zatiaľ čo kovové zrkadlo nepresiahne 0,05. Preto sú absorbancie vysoké pre čierne telesá a nízke pre zrkadlové telesá.
O sivom tele (s.t.)
Pri prenose tepla sa často spomína pojem ako sivé teleso. Tento objekt je teleso, ktoré má absorpčný koeficient elektromagnetického žiarenia spektrálneho typu menší ako jedna, čo nie je založené na vlnovej dĺžke (frekvencii).
Emisia tepla je rovnaká podľa spektrálneho zloženia žiarenia čierneho telesa s rovnakou teplotou. Sivé telo sa od čierneho líši nižším indikátorom energetickej kompatibility. Na úroveň spektrálnej čiernosti s.t. vlnová dĺžka nie je ovplyvnená. Vo viditeľnom svetle sú sadze, uhlie a platinový prášok (čierna) blízko sivého tela.
Oblasti aplikácie vedomostí o prenose tepla
Emisia tepla sa neustále deje okolo nás. V obytných a kancelárskych priestoroch často nájdete elektrické ohrievače, ktoré sa zaoberajú tepelným žiarením, a vidíme to vo forme červenkastého žiaru špirály - takéto teplo patrí k viditeľnému, „stojí“na okraji infračervené spektrum.
Vykurovanie miestnosti je v skutočnosti zapojené do neviditeľnej zložky infračerveného žiarenia. Zariadenie na nočné videnie platízdroj tepelného žiarenia a prijímače citlivé na infračervené žiarenie, ktoré vám umožňujú dobrú navigáciu v tme.
Slnečná energia
Slnko je právom najsilnejším žiaričom energie tepelného charakteru. Našu planétu ohrieva zo vzdialenosti stopäťdesiat miliónov kilometrov. Intenzita slnečného žiarenia, ktorá bola zaznamenávaná už mnoho rokov a rôznymi stanicami umiestnenými v rôznych častiach zeme, zodpovedá približne 1,37 W/m2.
Je to energia slnka, ktorá je zdrojom života na planéte Zem. V súčasnosti je veľa myslí zaneprázdnených hľadaním najefektívnejšieho spôsobu jeho využitia. Teraz poznáme solárne panely, ktoré dokážu vykurovať obytné budovy a poskytnúť energiu pre každodenné potreby.
Na záver
Keď to zhrnieme, čitateľ môže teraz definovať prenos tepla sálaním. Opíšte tento jav v živote a prírode. Vyžarujúca energia je hlavnou charakteristikou prenášanej energetickej vlny pri takomto jave a uvedené vzorce ukazujú, ako ju vypočítať. Vo všeobecnosti sa samotný proces riadi Stefanovým-Boltzmannovým zákonom a môže mať tri formy, v závislosti od jeho povahy: tok dopadajúceho žiarenia, žiarenie vlastného typu a odrazené, absorbované a prenášané.
