Strålingsvarmeoverføring (med eksempler)

De Varmeoverføring ved stråling Den består av energiflyt gjennom elektromagnetiske bølger. Fordi disse bølgene kan bevege seg gjennom vakuumet med lysets hastighet, kan de også overføre varme.

Elektromagnetiske bølger har kontinuerlige bølgelengder, kalt spektrum Og det går fra lengre og mindre energibølgelengder, til den korteste og med større energi.

Blant dem er infrarød stråling, et bånd nær den synlige bølgelengdestripen, men under den. På denne måten når store mengder varme fra solen jorden, og krysser millioner av kilometer.

Men ikke bare glødende objekter som sol avgir varme i form av stråling, i virkeligheten gjør det i virkeligheten et objekt kontinuerlig, bare når temperaturen er lav, er bølgelengden stor og derfor energi, som er omvendt proporsjonal med den, er liten.

[TOC]

Hvordan overføres varme ved stråling?

Brennende kull overfører varme ved stråling

Elektronene vibrerer, avgir elektromagnetiske bølger. Hvis bølgene er lav frekvens, tilsvarer det å si at bølgelengden deres er lang og bølgebevegelsen er treg, derfor har den liten energi. Men hvis frekvensen øker, beveger bølgen seg raskere og har mer energi.

Et objekt med litt temperatur T avgir stråling ofte F, så det T og F De er proporsjonale. Og siden elektromagnetiske bølger ikke trenger et materielt medium for å spre.

Slik kommer solstrålingen til jorden og de andre planetene. Imidlertid blir bølgene med avstanden dempet og mengden varme avtar.

Kan tjene deg: Oversettelsesbalanse: Forhold, eksempler, øvelser

Stefans lov og Wiens lov

De Stefan Law uttaler at makten kunne⁴, I følge uttrykket:

P =TILσeT⁴

I internasjonale systemenheter kommer strømmen i Watts (W) og temperaturen i Kelvin (K). I denne ligningen er A overflatearealet til objektet, σ Det er Stefans konstante - Boltzman, som er verdt 5.66963 x10^-8 W/m² K⁴,

Endelig er E Emisivitet  enten Utgave av objektet, en numerisk verdi uten enheter, mellom 0 og 1. Verdien er gitt i henhold til materialet, siden de veldig mørke kroppene har høy emissivitet, helt motsatt av et speil.

Strålekilder, for eksempel glødetråden til en pære eller solen, avgir stråling i mange bølgelengder. Solen er nesten alt i det synlige området av det elektromagnetiske spekteret.

Mellom maksimal bølgelengde λ_Maks Og emitter T -temperaturen er et forhold gitt av Wiens lov:

λ_Maks ∙ t = 2.898 . 10 ⁻³ M⋅K

Strålingen av en svart kropp

Følgende figur viser energiutslippskurver avhengig av temperaturen i Kelvin, for et ideelt objekt som absorberer all strålingen som påvirker den og på sin side er en perfekt emitter. Dette objektet kalles Svart kropp.

Bølgelengdefordeling for forskjellige temperaturer. Kilde: Wikimedia Commons.

Rommene mellom kullene til glørne i en ovn, oppfører seg som ideelle strålingsutsendere, av typen svart kropp, med nok tilnærming. Det er gjort mange eksperimenter for å bestemme de forskjellige temperaturkurvene og deres respektive bølgelengdefordelinger.

Som det fremgår, er bølgelengden ved en høyere temperatur bølgelengden, jo større har frekvensen og strålingen mer energi.

Forutsatt at solen oppfører seg som en svart kropp, blant kurvene som er vist på figuren, er den som er nærmest temperaturen på soloverflaten på 5500 K. Toppen finnes i bølgelengden på 500 nm (nanometer).

Det kan tjene deg: konveksjon varmeoverføring (med eksempler)

Soloverflatetemperaturen er omtrent 5700 K. Av Wiens lov:

λ_Maks = 2.898 × ​​10 ⁻³ M⋅K / 5700 K = 508, 4 nm

Dette resultatet er omtrent i samsvar med det som er observert i grafikken. Denne bølgelengden tilhører det synlige området av spekteret, men det må understrekes at bare distribusjonstoppen representerer. Faktisk utstråler solen mesteparten av sin energi mellom de infrarøde bølgelengdene, det synlige spekteret og ultrafiolett.

Eksempler varmeoverføring ved stråling

Alle objekter, uten unntak, avgir en form for varme ved stråling, men noen er mye mer bemerkelsesverdige emittere:

Elektriske kjøkken, brødristere og elektrisk oppvarming

Kjøkkenet er et bra sted å studere varmeoverføringsmekanismene, for eksempel kan strålingen sees (nøye) hånden) hånden til den elektriske bunen som skinner med oransje glød. Eller også til grillene til en grill å steke.

De resistive elementene i varmeren, brødristene og de elektriske ovnene blir også oppvarmet og skaffer seg en oransje glød, og sender også varme ved stråling.

Glødende pærer

Filamentet til glødpærene når høye temperaturer, mellom 1200 og 2500 ºC, og avgir energi fordelt i infrarød stråling (de fleste) og synlig lys, oransje eller gul.

Sol

Solen overfører varme ved stråling til jorden, gjennom rommet som skiller dem. Faktisk er stråling den viktigste varmeoverføringsmekanismen i nesten alle stjerner, selv om andre, for eksempel konveksjon, også spiller en viktig rolle.

Kan tjene deg: lineære bølger: konsept, egenskaper, eksempler

Energikilden inne i solen er den termonukleære fusjonsreaktoren i kjernen, som frigjør store mengder energi gjennom konvertering av hydrogen til helium. En god del av den energien er i synlig lys, men som tidligere forklart er bølgelengdene til ultrafiolett og infrarød også viktig.

Jorden

Planet Earth er også en strålingsmitter, selv om den ikke har en reaktor i sentrum, for eksempel solen.

Terrestriske utslipp skyldes det radioaktive forfallet av forskjellige mineraler inne, for eksempel uran og radio. Det er grunnen til at innsiden av de dype gruvene alltid er varm, selv om denne termiske energien er en lavere frekvens enn solen som sendes ut.

Siden jordens atmosfære er selektiv med de forskjellige bølgelengdene, når solvarmen overflaten uten problemer, siden atmosfæren lar hovedfrekvensene passere.

Imidlertid er atmosfæren ugjennomsiktig før infrarød stråling med lavere energi, slik som den produseres på jorden på grunn av naturlige årsaker og av menneskelig hånd. Med andre ord, den lar det ikke slippe utenfor og bidrar derfor til den globale oppvarmingen av planeten.

Referanser

1. Giambattista, a. 2010. Fysikk. 2. Ed. McGraw Hill.
2. Giancoli, d.  2006. Fysikk: Prinsipper med applikasjoner. 6. Ed Prentice Hall.
3. Hewitt, Paul. 2012. Konseptuell fysisk vitenskap. 5. plass. Ed. Pearson.
4. Sears, Zemansky. 2016. Universitetsfysikk med moderne fysikk. 14. Ed. Volum 1. Pearson.
5. Serway, r., Jewett, J. 2008. Fysikk for vitenskap og ingeniørfag. Volum 1. 7. Ed. Cengage Learning.
6. Tippens, p. 2011. Fysikk: konsepter og applikasjoner. 7. utgave. McGraw Hill.