Termiske strålingsegenskaper, eksempler, applikasjoner

De Termisk stråling Det er energien overført av en kropp takket være temperaturen og gjennom de infrarøde bølgelengdene til det elektromagnetiske spekteret. Alle kropper uten unntak avgir noen infrarød stråling uansett hvor lav temperaturen er.

Det hender at når de er i akselerert bevegelse, svinger elektrisk ladede partikler og takket være deres kinetiske energi, avgir de kontinuerlig elektromagnetiske bølger.

Figur 1. Vi er veldig kjent med den termiske strålingen som kommer fra solen, som faktisk er den viktigste kilden til varmeenergi. Kilde: Pxhere.

Den eneste måten en kropp ikke avgir termisk stråling på er at partiklene er i totalt hvile. På denne måten vil temperaturen være 0 på Kelvin -skalaen, men reduseres til punktet på et objekt er noe som ennå ikke er oppnådd.

[TOC]

Termiske strålingsegenskaper

En bemerkelsesverdig egenskap som skiller denne varmeoverføringsmekanismen fra andre, er at et materielt medium ikke er nødvendig for å oppstå. Dermed reiser energien som sendes ut av solen, for eksempel 150 millioner kilometer gjennom verdensrommet og kommer kontinuerlig på jorden.

Det er en matematisk modell for å kjenne mengden termisk energi per tidsenhet som stråler et objekt:

P =TILσeT⁴

Denne ligningen er kjent som Stefans lov, og følgende størrelser vises:

-Termisk energi per tidsenhet P, som er kjent som kraft og hvis enhet i det internasjonale systemet med enheter er Watt eller Watt (W).

-Han Overfladisk område av objektet som avgir varme TIL, i kvadratmeter.

-En konstant, kalt Stefan Constant - Boltzman, betegnet av σ Og hvis verdi er 5.66963 x10^-8 W/m² K⁴,

Kan tjene deg: magnetisk sjokk: enheter, formler, beregning, eksempler

-De Emisivitet (Også kalt Utgave) av objektet og, en dimensjonsløs mengde (uten enheter) hvis verdi er mellom 0 og 1. Det er relatert til materialets natur: for eksempel har et speil lav emissivitet, mens en veldig mørk kropp har høy emissivitet.

-Og til slutt temperatur T I Kelvin.

Eksempler på termisk stråling

I henhold til Stefans lov er den frekvensen som et objekt utstråler energi proporsjonal med området, emissiviteten og den fjerde temperaturens effekt.

Siden den termiske energiutslippshastigheten avhenger av den fjerde kraften til T, er det tydelig at små temperaturendringer vil ha en enorm effekt på den utsendte strålingen. For eksempel, hvis temperaturen er doblet, vil strålingen øke 16 ganger.

Et spesielt tilfelle av Stefans lov er den perfekte radiatoren, et helt ugjennomsiktig objekt som heter Svart kropp, hvis emissivitet er nøyaktig 1. I dette tilfellet er Stefans lov slik:

P =TILσT⁴

Det hender at Stefans lov er en matematisk modell som omtrent beskriver strålingen utstedt av ethvert objekt, siden den anser emissiviteten som en konstant. Egentlig avhenger emissiviteten av bølgelengden til den utsendte strålingen, overflatebehandlingen og andre faktorer.

Når vurderes og Som konstant og Stefan -loven blir brukt som angitt i begynnelsen, kalles objektet Grå kropp.

Verdiene av emissiviteten for noen stoffer behandlet som en grå kropp er:

-Polert aluminium 0.05

-Svart kull 0.95

-Menneskelig hud av hvilken som helst farge 0.97

-Tre 0.91

-Is 0.92

Det kan tjene deg: torsjonsøyeblikk

-Vann 0.91

-Kobber mellom 0.015 og 0.025

-Stål mellom 0.06 og 0.25

Den termiske strålingen av solen

Et håndgripelig eksempel på et objekt som avgir termisk stråling er solen. Det anslås at hvert sekund, cirka 1370 J av energi i form av elektromagnetisk stråling ankommer jorden fra solen.

Denne verdien er kjent som solcellekonstant Og hver planet har en, som avhenger av sin gjennomsnittlige avstand til solen.

Denne strålingen er vinkelrett krysset av hver m² av atmosfæriske lag og distribueres i forskjellige bølgelengder.

Nesten alt kommer i synlig lys, men en god del kommer som infrarød stråling, noe som er nettopp det vi oppfatter som varme, og en annen også som ultrafiolette stråler. Det er en stor mengde energi nok til å imøtekomme planetens behov, for å fange den og dra nytte av den.

Når det gjelder bølgelengden, er dette områdene som er solstrålingen som når jorden:

-Infrarød, Den vi oppfatter som varme: 100 - 0.7 μm*

-Synlig lys, mellom 0.7 - 0.4 μm

-Ultraviolet, Mindre enn 0.4 μm

*1 μm = 1 mikrometer eller en million av en meter.

Wiens lov

Følgende bilde viser fordelingen av stråling med hensyn til bølgelengden i flere temperaturer. Fordelingen skyldes Wiens forskyvningslov, hvor den maksimale strålingsbølgelengden λ_Maks Det er omvendt proporsjonalt med T -temperaturen i Kelvin:

λ_Maks T = 2.898 . 10 ⁻³ M⋅K

Figur 2. Strålingsgraf avhengig av bølgelengden for en svart kropp. Kilde: Wikimedia Commons.

Solen har en overflatetemperatur på omtrent 5700 K og stråler hovedsakelig i kortere bølgelengder, som vi har sett. Kurven som nærmer seg mest av solen er 5000 K, i blått og selvfølgelig har den maksimalt i det synlige lysområdet. Men avgir også en god del i infrarød og ultrafiolett.

Kan tjene deg: Isobarisk prosess: Formler, ligninger, eksperimenter, øvelser

Termiske strålingsapplikasjoner

Solenergi

Den store mengden energi som solen stråler kan lagres på enheter som kalles samlere, og transformerer og bruker det praktisk som strøm.

Infrarøde kameraer

De er kameraer som, som navnet tilsier, opererer i det infrarøde området i stedet for å gjøre det i synlig lys, for eksempel vanlige kamre. De utnytter det faktum at alle kropper avgir termisk stråling i større eller mindre grad i henhold til temperaturen.

Figur 3. Bilde av en hund fanget av et infrarødt kammer. Opprinnelig de klareste områdene representerer den høyeste temperaturen. Fargene, som legges til når behandlingen for å lette tolkningen, viser de forskjellige temperaturene i dyrets kropp. Kilde: Wikimedia Commons.

Pyrometri

Hvis temperaturene er veldig høye, må du måle dem med et kvikksølvtermometer ikke det mest indikerte. For dette, den Pyrometre, som temperaturen på et objekt utledes og kjente til dets emissivitet, takket være utslipp av et elektromagnetisk signal.

Astronomi

Stjernenes lys er veldig godt modellert med tilnærmingen av den svarte kroppen, så vel som hele universet. Og for sin del brukes Wiens lov ofte i astronomi for å bestemme temperaturen på stjernene, i henhold til bølgelengden til lyset de avgir.

Militær industri

Rakett.

Referanser

1. Giambattista, a. 2010. Fysikk. 2. Ed. McGraw Hill.
2. Gómez, e. Kjøring, konveksjon og stråling. Gjenopprettet fra: Eltamiz.com.
3. González de Arrieta, jeg. Termiske strålingsapplikasjoner. Gjenopprettet fra: www.Ehu.Eus.
4. NASA Earth Observatory. Klima og jordens energibudsjett. Gjenopprettet fra: EarthoBservatory.gryte.Gov.
5. Natahenoo. Varmeapplikasjoner. Gjenopprettet fra: Cinehenao.WordPress.com.
6. Serway, r. Fysikk for vitenskap og ingeniørfag. Volum 1. 7. Ed. Cengage Learning.