انتقال حرارت تابشی: مفهوم، محاسبه

2024 نویسنده: Angel Austin | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-02 17:45

در اینجا خواننده اطلاعات کلی در مورد چیستی انتقال حرارت پیدا می کند و همچنین پدیده انتقال حرارت تشعشعی، اطاعت آن از قوانین خاص، ویژگی های فرآیند، فرمول گرما، استفاده را با جزئیات در نظر خواهد گرفت. انتقال حرارت توسط انسان و جریان آن در طبیعت.

ورود به تبادل حرارت

برای درک ماهیت انتقال حرارت تابشی، ابتدا باید ماهیت آن را درک کنید و بدانید که چیست؟

انتقال گرما تغییر در شاخص انرژی از نوع داخلی بدون کار روی جسم یا موضوع و همچنین بدون کار انجام شده توسط بدن است. چنین فرآیندی همیشه در جهت خاصی پیش می رود، یعنی: گرما از جسمی با شاخص دمای بالاتر به جسمی با شاخص دمای پایین تر منتقل می شود. با رسیدن به یکسان شدن دما بین اجسام، این فرآیند متوقف می شود و با کمک هدایت گرما، همرفت و تابش انجام می شود.

1. هدایت حرارتی فرآیند انتقال انرژی درونی از یک قطعه بدن به قطعه دیگر یا بین اجسام هنگام تماس آنهاست.
2. همرفت انتقال حرارت ناشی ازانتقال انرژی همراه با جریان مایع یا گاز.
3. تابش ماهیت الکترومغناطیسی دارد که به دلیل انرژی درونی ماده ای که در دمای معینی قرار دارد منتشر می شود.

فرمول گرما به شما امکان می دهد محاسباتی را برای تعیین مقدار انرژی منتقل شده انجام دهید، با این حال، مقادیر اندازه گیری شده به ماهیت فرآیند در حال انجام بستگی دارد:

1. Q=cmΔt=cm(t₂ – t_{1) - گرمایش و سرمایش؛}
2. Q=mλ - تبلور و ذوب؛
3. Q=mr - تراکم بخار، جوشاندن و تبخیر؛
4. Q=mq - احتراق سوخت.

رابطه بین بدن و دما

برای درک اینکه انتقال حرارت تابشی چیست، باید قوانین اساسی فیزیک در مورد تابش مادون قرمز را بدانید. یادآوری این نکته مهم است که هر جسمی که دمای آن به صورت مطلق بالاتر از صفر باشد همیشه انرژی گرمایی ساطع می کند. در طیف مادون قرمز امواج با طبیعت الکترومغناطیسی قرار دارد.

با این حال، اجسام مختلف با داشتن دمای یکسان، توانایی متفاوتی برای انتشار انرژی تابشی خواهند داشت. این ویژگی به عوامل مختلفی مانند ساختار بدن، ماهیت، شکل و وضعیت سطح بستگی دارد. ماهیت تابش الکترومغناطیسی به موج دوگانه و جسمی اشاره دارد. میدان نوع الکترومغناطیسی دارای یک کاراکتر کوانتومی است و کوانتوم های آن توسط فوتون ها نشان داده می شود. در تعامل با اتم ها، فوتون ها جذب می شوند و انرژی خود را به الکترون ها منتقل می کنند، فوتون ناپدید می شود. نوسانات حرارتی توان انرژیاتم در یک مولکول افزایش می یابد. به عبارت دیگر، انرژی تابیده شده به گرما تبدیل می شود.

انرژی تشعشع شده کمیت اصلی در نظر گرفته می شود و با علامت W نشان داده می شود که با ژول (J) اندازه گیری می شود. شار تابش مقدار متوسط توان را در یک دوره زمانی بیان می کند که بسیار بیشتر از دوره های نوسانات (انرژی ساطع شده در طول یک واحد زمان) است. واحد ساطع شده توسط جریان بر حسب ژول در ثانیه (J / s) بیان می شود، وات (W) به عنوان گزینه پذیرفته شده در نظر گرفته می شود.

مقدمه ای بر انتقال حرارت تابشی

اکنون بیشتر در مورد پدیده. انتقال حرارت تابشی تبادل گرما، فرآیند انتقال آن از جسمی به جسم دیگر است که شاخص دمایی متفاوتی دارد. با کمک تابش مادون قرمز رخ می دهد. الکترومغناطیسی است و در نواحی طیف موجی با طبیعت الکترومغناطیسی قرار دارد. دامنه موج در محدوده 0.77 تا 340 میکرومتر قرار دارد. محدوده بین 340 تا 100 میکرومتر به عنوان موج بلند، 100 تا 15 میکرومتر متعلق به محدوده موج متوسط و طول موج های کوتاه از 15 تا 0.77 میکرومتر در نظر گرفته می شود.

بخش موج کوتاه طیف مادون قرمز در مجاورت نور مرئی است و بخش های موج بلند امواج به موج رادیویی فوق کوتاه می روند. تشعشعات مادون قرمز با انتشار مستطیل مشخص می شود، قادر به شکست، انعکاس و قطبی شدن است. قادر به نفوذ به طیف وسیعی از موادی که نسبت به نور مرئی مات هستند.

به عبارت دیگر، انتقال حرارت تابشی را می توان به عنوان انتقال مشخص کردگرما به شکل انرژی موج الکترومغناطیسی است، در حالی که فرآیند بین سطوحی که در فرآیند تابش متقابل هستند ادامه می‌یابد.

شاخص شدت توسط آرایش متقابل سطوح، توانایی های گسیلی و جذبی اجسام تعیین می شود. انتقال حرارت تابشی بین اجسام با فرآیندهای همرفتی و هدایت حرارتی متفاوت است زیرا گرما را می توان از طریق خلاء ارسال کرد. شباهت این پدیده با سایر پدیده ها به دلیل انتقال گرما بین اجسام با شاخص های دمایی متفاوت است.

شار تابش

انتقال حرارت تابشی بین اجسام دارای تعداد معینی شار تابشی است:

1. شار تابش ذاتی - E که به شاخص دمایی T و خصوصیات نوری بدن بستگی دارد.
2. جریانهای تشعشع فرودی.
3. انواع شارهای تشعشع جذب شده، بازتابی و منتقل شده. در مجموع، آنها برابر با E_{pad است.}

محیطی که در آن تبادل گرما رخ می دهد می تواند تشعشعات را جذب کند و خود را معرفی کند.

تبادل حرارت تابشی بین تعداد معینی از اجسام با یک شار تشعشع موثر توصیف می شود:

E_EF=E+E_OTR=E+(1-A)E_FAD.اجسام، در هر دمایی که دارای شاخص های L=1، R=0 و O=0 هستند، «مطلقا سیاه» نامیده می شوند. انسان مفهوم "تابش سیاه" را ایجاد کرد. با شاخص های دمایی آن با تعادل بدن مطابقت دارد. انرژی تابش ساطع شده با استفاده از دمای جسم یا جسم محاسبه می شود، طبیعت بدن بر این امر تأثیری ندارد.

پیروی از قوانینبولتزمن

لودویگ بولتزمن، که در سالهای 1844-1906 در قلمرو امپراتوری اتریش زندگی می کرد، قانون استفان بولتزمن را ایجاد کرد. این او بود که به شخص اجازه داد تا ماهیت تبادل گرما را بهتر درک کند و با اطلاعات کار کند و در طول سالها آن را بهبود بخشد. به عبارت آن توجه کنید.

قانون استفان - بولتزمن یک قانون یکپارچه است که برخی از ویژگی های اجسام کاملا سیاه را توصیف می کند. این به شما امکان می دهد وابستگی چگالی توان تابش یک جسم سیاه را به شاخص دمای آن تعیین کنید.

اطاعت از قانون

قوانین انتقال حرارت تابشی از قانون استفان بولتزمن پیروی می کند. میزان شدت انتقال حرارت از طریق رسانش گرما و همرفت با دما متناسب است. انرژی تابشی در شار حرارتی متناسب با درجه حرارت به توان چهارم است. به نظر می رسد:

q=σ A (T₁⁴ - T₂ ^4).

در فرمول، q شار گرما، A سطح انرژی تابشی بدن، T₁ و T_{2است.دمای اجسام ساطع کننده و محیطی است که این تابش را جذب می کند.}

قانون فوق تابش گرما دقیقاً فقط تشعشع ایده آل ایجاد شده توسط یک جسم کاملاً سیاه را توصیف می کند (a.h.t.). عملاً چنین بدن هایی در زندگی وجود ندارد. با این حال، سطوح مسطح سیاه به A. Ch. T نزدیک می شوند. تابش اجسام نور نسبتا ضعیف است.

یک عامل انتشار برای در نظر گرفتن انحراف از ایده آل بودن تعداد زیادی معرفی شده است.مقدار s.t. به مؤلفه درست عبارت توضیح دهنده قانون استفان بولتزمن. شاخص انتشار برابر با مقدار کمتر از یک است. یک سطح صاف سیاه می تواند این ضریب را تا 0.98 برساند، در حالی که یک آینه فلزی از 0.05 تجاوز نمی کند. بنابراین، جذب برای اجسام سیاه و سفید زیاد و برای اجسام اسپکولار کم است.

درباره بدن خاکستری (s.t.)

در انتقال حرارت، اغلب از اصطلاحی به عنوان جسم خاکستری یاد می شود. این جسم جسمی است که دارای ضریب جذب طیفی تابش الکترومغناطیسی کمتر از یک است که بر اساس طول موج (فرکانس) نیست.

انتشار گرما با توجه به ترکیب طیفی تابش یک جسم سیاه با دمای یکسان یکسان است. بدن خاکستری با بدن سیاه با نشانگر کمتر سازگاری انرژی متفاوت است. به سطح سیاهی طیفی s.t. طول موج تحت تاثیر قرار نمی گیرد. در نور مرئی، دوده، زغال سنگ و پودر پلاتین (سیاه) به بدنه خاکستری نزدیک هستند.

زمینه های کاربرد دانش انتقال حرارت

انتشار گرما به طور مداوم در اطراف ما اتفاق می افتد. در اماکن مسکونی و اداری، اغلب می توانید بخاری های برقی را پیدا کنید که درگیر تابش گرما هستند، و ما آن را به شکل درخشش قرمز مایل به مارپیچ می بینیم - چنین گرمایی متعلق به مرئی است، در لبه "ایستاده" است. طیف مادون قرمز.

گرمایش اتاق، در واقع، درگیر یک جزء نامرئی تابش مادون قرمز است. دستگاه دید در شب اعمال می شودمنبع تابش گرما و گیرنده های حساس به تابش مادون قرمز، که به شما امکان می دهد در تاریکی به خوبی پیمایش کنید.

انرژی خورشید

خورشید به حق قوی ترین ساطع کننده انرژی با طبیعت گرمایی است. سیاره ما را از فاصله صد و پنجاه میلیون کیلومتری گرم می کند. شدت تابش خورشیدی که برای سال‌ها و توسط ایستگاه‌های مختلف واقع در نقاط مختلف زمین ثبت شده است، تقریباً برابر با 1.37 W/m22 است.

این انرژی خورشید است که منبع حیات در سیاره زمین است. در حال حاضر، بسیاری از ذهن ها مشغول تلاش برای یافتن موثرترین راه برای استفاده از آن هستند. اکنون پنل‌های خورشیدی را می‌شناسیم که می‌توانند ساختمان‌های مسکونی را گرم کنند و انرژی مورد نیاز روزمره را تامین کنند.

در پایان

به طور خلاصه، خواننده اکنون می تواند انتقال حرارت تابشی را تعریف کند. این پدیده را در زندگی و طبیعت شرح دهید. انرژی تابشی مشخصه اصلی موج انرژی ارسالی در چنین پدیده ای است و فرمول های ذکر شده نحوه محاسبه آن را نشان می دهد. در موقعیت کلی، فرآیند خود از قانون استفان-بولتزمن تبعیت می کند و بسته به ماهیت خود می تواند سه شکل داشته باشد: شار تابش فرود، تابش از نوع خود و بازتاب، جذب و ارسال شده.