Zde čtenář najde obecné informace o tom, co je to přenos tepla, a bude také podrobně zvažovat fenomén přenosu tepla sáláním, jeho dodržování určitých zákonů, vlastnosti procesu, vzorec tepla, použití přenos tepla člověkem a jeho proudění v přírodě.
Vstup do výměny tepla
Abyste pochopili podstatu přenosu tepla sáláním, musíte nejprve porozumět jeho podstatě a vědět, co to je?
Přenos tepla je změna energetického indexu vnitřního typu bez práce na předmětu nebo subjektu a také bez práce vykonané tělem. Takový proces probíhá vždy určitým směrem, a to: teplo přechází z tělesa s vyšším teplotním indexem na těleso s nižším. Po dosažení vyrovnání teplot mezi tělesy se proces zastaví a probíhá pomocí vedení tepla, konvekce a sálání.
- Tepelné vedení je proces přenosu vnitřní energie z jednoho úlomku těla do druhého nebo mezi těly, když se dostanou do kontaktu.
- Konvekce je přenos tepla vyplývající zpřenos energie spolu s toky kapaliny nebo plynu.
- Záření je elektromagnetické povahy, vyzařované vnitřní energií látky, která je ve stavu určité teploty.
Vzorec tepla umožňuje provádět výpočty pro určení množství přenesené energie, avšak naměřené hodnoty jsou závislé na povaze probíhajícího procesu:
- Q=cmΔt=cm(t2 – t1) – vytápění a chlazení;
- Q=mλ – krystalizace a tání;
- Q=mr - kondenzace páry, var a odpařování;
- Q=mq – spalování paliva.
Vztah mezi tělem a teplotou
Abyste pochopili, co je to přenos tepla sáláním, musíte znát základní fyzikální zákony o infračerveném záření. Je důležité si uvědomit, že každé těleso, jehož teplota je v absolutních hodnotách nad nulou, vždy vyzařuje tepelnou energii. Leží v infračerveném spektru vln elektromagnetické povahy.
Různá tělesa se stejnou teplotou však budou mít různou schopnost vyzařovat zářivou energii. Tato vlastnost bude záviset na různých faktorech, jako jsou: stavba těla, povaha, tvar a stav povrchu. Povaha elektromagnetického záření se týká duální, korpuskulární vlny. Pole elektromagnetického typu má kvantový charakter a jeho kvanta jsou reprezentována fotony. Při interakci s atomy jsou fotony absorbovány a předávají svou energii elektronům, foton mizí. Energetický exponent teplotní fluktuaceatom v molekule se zvyšuje. Jinými slovy, vyzařovaná energie se přemění na teplo.
Vyzařovaná energie je považována za hlavní veličinu a označuje se znakem W, měřeno v joulech (J). Tok záření vyjadřuje průměrnou hodnotu výkonu za časové období, které je mnohem větší než periody oscilací (energie emitovaná za jednotku času). Jednotka emitovaná proudem je vyjádřena v joulech za sekundu (J / s), watt (W) je považován za obecně přijímanou možnost.
Úvod do přenosu tepla sáláním
Nyní více o tomto fenoménu. Přenos tepla sáláním je výměna tepla, proces jeho předávání z jednoho tělesa do druhého, které má jiný teplotní index. Vyskytuje se pomocí infračerveného záření. Je elektromagnetický a leží v oblastech vlnových spekter elektromagnetické povahy. Rozsah vln leží v rozsahu od 0,77 do 340 µm. Rozsahy od 340 do 100 µm jsou považovány za dlouhovlnné, 100 - 15 µm patří do rozsahu středních vln a krátké vlnové délky od 15 do 0,77 µm.
Krátkovlnná část infračerveného spektra sousedí s viditelným světlem a dlouhovlnná část vln přechází do ultrakrátkých rádiových vln. Infračervené záření se vyznačuje přímočarým šířením, je schopno se lámat, odrážet a polarizovat. Schopný proniknout do řady materiálů, které jsou neprůhledné pro viditelné světlo.
Jinými slovy, přenos tepla sáláním lze charakterizovat jako přenosteplo ve formě energie elektromagnetických vln, přičemž proces probíhá mezi povrchy, které jsou v procesu vzájemného vyzařování.
Intenzita indexu je dána vzájemným uspořádáním povrchů, emisními a absorpčními schopnostmi těles. Přenos tepla sáláním mezi tělesy se liší od procesů konvekce a vedení tepla tím, že teplo může být přenášeno vakuem. Podobnost tohoto jevu s ostatními je způsobena přenosem tepla mezi tělesy s různými teplotními indexy.
Tok záření
Přenos sálavého tepla mezi tělesy má určitý počet radiačních toků:
- Vnitřní tok záření - E, který závisí na teplotním indexu T a optických vlastnostech těla.
- Toky dopadajícího záření.
- Absorpované, odražené a přenášené typy toků záření. V součtu se rovnají Epad.
Prostředí, ve kterém dochází k výměně tepla, může absorbovat záření a vnášet své vlastní.
Výměna sálavého tepla mezi určitým počtem těles je popsána efektivním tokem záření:
EEF=E+EOTR=E+(1-A)EFAD. Tělesa při jakékoli teplotě s indikátory L=1, R=0 a O=0 se nazývají „naprosto černá“. Člověk vytvořil pojem „černé záření“. Svými teplotními ukazateli odpovídá rovnováze těla. Energie emitovaného záření se vypočítává pomocí teploty subjektu nebo předmětu, povaha těla na to nemá vliv.
Dodržování zákonůBoltzmann
Ludwig Boltzmann, který žil na území Rakouského císařství v letech 1844-1906, vytvořil Stefan-Boltzmannův zákon. Byl to on, kdo umožnil člověku lépe porozumět podstatě výměny tepla a pracovat s informacemi a v průběhu let je zlepšovat. Zvažte jeho znění.
Stefan-Boltzmannův zákon je integrální zákon, který popisuje některé rysy absolutně černých těles. Umožňuje vám určit závislost hustoty radiačního výkonu černého tělesa na jeho teplotním indexu.
Dodržování zákona
Zákony přenosu tepla sáláním se řídí Stefan-Boltzmannovým zákonem. Úroveň intenzity přenosu tepla vedením tepla a konvekcí je úměrná teplotě. Sálavá energie v tepelném toku je úměrná teplotě na čtvrtou mocninu. Vypadá to takto:
q=σ A (T14 – T2 4).
Ve vzorci je q tepelný tok, A je plocha povrchu vyzařovaného tělesem, T1 a T2 jsou teploty emitující tělesa a prostředí, které toto záření pohlcuje.
Výše uvedený zákon tepelného záření přesně popisuje pouze ideální záření vytvořené absolutně černým tělesem (a.h.t.). Taková těla v životě prakticky neexistují. Ploché černé plochy se však blíží A. Ch. T. Záření ze světelných těles je relativně slabé.
Je zaveden faktor emisivity, který zohledňuje odchylku od ideality mnohamnožství s.t. do pravé složky výrazu vysvětlujícího Stefanův-Boltzmannův zákon. Index emisivity se rovná hodnotě menší než jedna. Plochý černý povrch může tento koeficient vynést až na 0,98, zatímco kovové zrcadlo nepřekročí 0,05. Proto jsou absorbance vysoké pro černá tělesa a nízké pro zrcadlová tělesa.
O šedém těle (s.t.)
Při přenosu tepla se často zmiňuje termín jako šedé těleso. Tento objekt je těleso, které má absorpční koeficient elektromagnetického záření spektrálního typu menší než jedna, což není založeno na vlnové délce (frekvenci).
Emise tepla je stejná podle spektrálního složení záření černého tělesa o stejné teplotě. Šedé tělo se od černého liší nižším indikátorem energetické kompatibility. Na úroveň spektrální černoty s.t. vlnová délka není ovlivněna. Ve viditelném světle jsou saze, uhlí a platinový prášek (černý) blízko šedému tělesu.
Oblasti aplikace znalostí přenosu tepla
Emise tepla kolem nás neustále probíhá. V obytných a kancelářských prostorách často najdete elektrické ohřívače, které se zabývají tepelným zářením, a vidíme to ve formě načervenalé záře spirály - takové teplo patří k viditelnému, „stojí“na okraji infračervené spektrum.
Vytápění místnosti je ve skutečnosti zapojeno do neviditelné složky infračerveného záření. Zařízení pro noční vidění platízdroj tepelného záření a přijímače citlivé na infračervené záření, které umožňují dobrou navigaci ve tmě.
Sluneční energie
Slunce je právem nejsilnějším zářičem energie tepelné povahy. Ohřívá naši planetu ze vzdálenosti sto padesáti milionů kilometrů. Intenzita slunečního záření, která byla zaznamenávána po mnoho let a různými stanicemi umístěnými v různých částech Země, odpovídá přibližně 1,37 W/m2.
Je to energie slunce, která je zdrojem života na planetě Zemi. V současné době je mnoho myslí zaneprázdněno hledáním nejúčinnějšího způsobu, jak toho využít. Nyní známe solární panely, které mohou vytápět obytné budovy a poskytovat energii pro každodenní potřeby.
Zavíráme
Shrneme-li to, čtečka nyní může definovat přenos tepla sáláním. Popište tento jev v životě a přírodě. Energie záření je hlavní charakteristikou vysílané energetické vlny v takovém jevu a uvedené vzorce ukazují, jak ji vypočítat. V obecné poloze se proces sám řídí Stefanovým-Boltzmannovým zákonem a může mít tři formy, v závislosti na jeho povaze: tok dopadajícího záření, záření svého vlastního typu a odražené, pohlcené a přenášené.
