Täältä lukija löytää yleistä tietoa siitä, mitä lämmönsiirto on, ja pohtii myös yksityiskohtaisesti säteilylämmönsiirron ilmiötä, sen noudattamista tiettyjen lakien suhteen, prosessin ominaisuuksia, lämmön kaavaa, käyttöä ihmisen lämmönsiirrosta ja sen virtauksesta luonnossa.
Sisääntulo lämmönvaihtoon
Ymmärtääksesi säteilylämmönsiirron olemuksen, sinun on ensin ymmärrettävä sen olemus ja tiedettävä, mikä se on?
Lämmönsiirto on sisäisen tyypin energiaindeksin muutos ilman esineeseen tai kohteeseen kohdistuvaa työtä ja myös ilman kehon tekemää työtä. Tällainen prosessi etenee aina tiettyyn suuntaan, nimittäin: lämpö siirtyy kappaleesta, jonka lämpötilaindeksi on korkeampi, kappaleeseen, jonka lämpötilaindeksi on alhaisempi. Kun kappaleiden välinen lämpötasapaino saavutetaan, prosessi pysähtyy ja se tapahtuu lämmönjohtavuuden, konvektion ja säteilyn avulla.
- Lämmönjohtavuus on prosessi, jossa sisäistä energiaa siirretään yhdestä kappaleesta toiseen tai kappaleiden välillä niiden koskettaessa.
- Konvektio on lämmönsiirtoa, joka syntyyenergian siirto neste- tai kaasuvirtojen mukana.
- Säteily on luonteeltaan sähkömagneettista, ja se säteilee tietyssä lämpötilassa olevan aineen sisäisen energian vuoksi.
Lämpökaavan avulla voit tehdä laskelmia siirretyn energian määrän määrittämiseksi, mutta mitatut arvot riippuvat meneillään olevan prosessin luonteesta:
- Q=cmΔt=cm(t2 – t1) – lämmitys ja jäähdytys;
- Q=mλ – kiteytyminen ja sulaminen;
- Q=mr - höyryn kondensaatio, kiehuminen ja haihtuminen;
- Q=mq – polttoaineen palaminen.
Kehon ja lämpötilan välinen suhde
Ymmärtääksesi mitä säteilylämmönsiirto on, sinun on tiedettävä infrapunasäteilyä koskevat fysiikan peruslait. On tärkeää muistaa, että jokainen kappale, jonka lämpötila on absoluuttisesti yli nollan, säteilee aina lämpöenergiaa. Se sijaitsee sähkömagneettisten a altojen infrapunaspektrissä.
Kuitenkin eri kappaleilla, joilla on sama lämpötila, on erilainen kyky lähettää säteilyenergiaa. Tämä ominaisuus riippuu useista tekijöistä, kuten: kehon rakenteesta, luonteesta, muodosta ja pinnan kunnosta. Sähkömagneettisen säteilyn luonne viittaa kaksois-, korpuskulaariseen a altoon. Sähkömagneettisen tyypin kentällä on kvanttiluonteinen ja sen kvantteja edustavat fotonit. Vuorovaikutuksessa atomien kanssa fotonit absorboituvat ja siirtävät energiansa elektroneihin, fotoni katoaa. Energian eksponentti lämpövaihteluatomi molekyylissä kasvaa. Toisin sanoen säteilevä energia muuttuu lämmöksi.
Säteilyenergiaa pidetään pääsuurena ja se merkitään merkillä W, mitattuna jouleina (J). Säteilyvuo ilmaisee tehon keskiarvon ajanjaksolla, joka on paljon suurempi kuin värähtelyjaksot (aikayksikön aikana säteilevä energia). Virran lähettämä yksikkö ilmaistaan jouleina sekunnissa (J / s), wattia (W) pidetään yleisesti hyväksyttynä vaihtoehdona.
Johdatus säteilylämmönsiirtoon
Nyt lisää ilmiöstä. Säteilylämmönsiirto on lämmön vaihtoa, prosessia sen siirtämiseksi kehosta toiseen, jolla on erilainen lämpötilaindeksi. Syntyy infrapunasäteilyn avulla. Se on sähkömagneettista ja sijaitsee luonteeltaan sähkömagneettisten a altospektrien alueilla. A altoalue on alueella 0,77 - 340 µm. Alueet 340-100 µm katsotaan pitkäa altoiksi, 100-15 µm kuuluvat keskia altoalueille ja lyhyet aallonpituudet 15-0,77 µm.
Infrapunaspektrin lyhyta alto-osa on näkyvän valon vieressä, ja a altojen pitkän aallon osat menevät ultralyhyiksi radioa altoiksi. Infrapunasäteilylle on ominaista suoraviivainen eteneminen, se pystyy taittamaan, heijastumaan ja polarisoitumaan. Pystyy tunkeutumaan useisiin materiaaleihin, jotka eivät peitä näkyvää valoa.
Toisin sanoen säteilylämmönsiirtoa voidaan luonnehtia siirtymäksilämpö sähkömagneettisen a altoenergian muodossa, kun taas prosessi etenee keskinäisen säteilyn prosessissa olevien pintojen välillä.
Intensiteettiindeksin määrää pintojen keskinäinen järjestely, kappaleiden emissio- ja absorbointikyky. Säteilylämmönsiirto kappaleiden välillä eroaa konvektio- ja lämmönjohtamisprosesseista siinä, että lämpö voidaan lähettää tyhjiön kautta. Tämän ilmiön samank altaisuus muiden kanssa johtuu lämmön siirtymisestä kappaleiden välillä, joilla on erilaiset lämpötilaindeksit.
Säteilyvirta
Säteilylämmönsiirrolla kappaleiden välillä on tietty määrä säteilyvirtauksia:
- Sisäinen säteilyvirta - E, joka riippuu lämpötilaindeksistä T ja kehon optisista ominaisuuksista.
- Tulevan säteilyn virtaukset.
- Absorboituneet, heijastuneet ja läpäisevät säteilyvuot. Yhteenvetona ne ovat yhtä suuria kuin Epad.
Ympäristö, jossa lämmönvaihto tapahtuu, voi absorboida säteilyä ja tuoda omansa.
Säteilylämmönvaihtoa tietyn määrän kappaleiden välillä kuvaa tehollinen säteilyvirta:
EEF=E+EOTR=E+(1-A)EFAD. Kaikissa lämpötiloissa olevia kappaleita, joiden indikaattorit L=1, R=0 ja O=0, kutsutaan "täysin mustiksi". Ihminen loi "mustan säteilyn" käsitteen. Se vastaa lämpötila-indikaattoreitaan kehon tasapainoon. Säteilevä säteilyenergia lasketaan kohteen tai kohteen lämpötilan perusteella, kehon luonne ei vaikuta tähän.
Lakien noudattaminenBoltzmann
Ludwig Boltzmann, joka asui Itävallan v altakunnan alueella vuosina 1844-1906, loi Stefan-Boltzmannin lain. Hän antoi ihmisen ymmärtää paremmin lämmönvaihdon olemuksen ja toimia tiedon kanssa parantaen sitä vuosien varrella. Harkitse sen sanamuotoa.
Stefan-Boltzmannin laki on integraalinen laki, joka kuvaa joitakin täysin mustien kappaleiden ominaisuuksia. Sen avulla voit määrittää mustan kappaleen säteilytehotiheyden riippuvuuden sen lämpötilaindeksistä.
Lain noudattaminen
Säteilevän lämmönsiirron lait noudattavat Stefan-Boltzmannin lakia. Lämmön johtumisen ja konvektion kautta tapahtuvan lämmönsiirron voimakkuus on verrannollinen lämpötilaan. Lämpövuon säteilyenergia on verrannollinen lämpötilaan neljänteen potenssiin. Se näyttää tältä:
q=σ A (T14 – T2 4).
Kaavassa q on lämpövirta, A on kehon säteilevän energian pinta-ala, T1 ja T2 ovat lämpötiloja, jotka lähettävät kappaleita ja ympäristöä, joka absorboi tätä säteilyä.
Yllä oleva lämpösäteilyn laki kuvaa tarkasti vain täysin mustan kappaleen (a.h.t.) luomaa ihannesäteilyä. Tällaisia ruumiita ei käytännössä ole elämässä. Tasaiset mustat pinnat lähestyvät kuitenkin A. Ch. T. Valokappaleiden säteily on suhteellisen heikkoa.
On otettu käyttöön emissiotekijä, joka ottaa huomioon poikkeaman ihanteellisuudesta useidenmäärä s.t. Stefan-Boltzmannin lakia selittävän lausekkeen oikeaan komponenttiin. Emissioindeksi on yhtä kuin yksi pienempi arvo. Tasainen musta pinta voi nostaa tämän kertoimen jopa 0,98:aan, kun taas metallipeili ei ylitä 0,05. Siksi absorbanssit ovat korkeat mustille kappaleille ja alhaiset peilikappaleille.
Tietoja harmaasta rungosta (s.t.)
Lämmönsiirrossa mainitaan usein sellainen termi kuin harmaa kappale. Tämä kohde on kappale, jonka sähkömagneettisen säteilyn spektrityyppinen absorptiokerroin on pienempi kuin yksi, joka ei perustu aallonpituuteen (taajuuteen).
Lämmön emissio on sama saman lämpötilan mustan kappaleen säteilyn spektrikoostumuksen mukaan. Harmaa runko eroaa mustasta alhaisemmalla energiayhteensopivuuden indikaattorilla. s.t. aallonpituus ei vaikuta. Näkyvässä valossa noki, hiili ja platinajauhe (musta) ovat lähellä harmaata runkoa.
Lämmönsiirtotiedon sovellusalat
Lämpöpäästöjä tapahtuu jatkuvasti ympärillämme. Asuin- ja toimistotiloissa voit usein löytää sähkölämmittimiä, jotka osallistuvat lämpösäteilyyn, ja näemme sen spiraalin punertavan hehkun muodossa - tällainen lämpö kuuluu näkyvään, se "seisoo" lämpösäteilyn reunalla. infrapunaspektri.
Huoneen lämmitys on itse asiassa mukana infrapunasäteilyn näkymättömässä komponentissa. Pimeänäkölaite koskeelämpösäteilyn lähde ja infrapunasäteilylle herkät vastaanottimet, joiden avulla voit navigoida hyvin pimeässä.
Auringonenergia
Aurinko on oikeutetusti tehokkain lämpöenergian lähettäjä. Se lämmittää planeettamme sadan viidenkymmenen miljoonan kilometrin etäisyydeltä. Auringon säteilyn intensiteetti, jota on tallennettu useiden vuosien ajan ja eri osissa maapalloa sijaitsevista eri asemista, vastaa noin 1,37 W/m2.
Se on auringon energia, joka on elämän lähde maapallolla. Tällä hetkellä monet mielet ovat kiireisiä yrittäessään löytää tehokkaimman tavan käyttää sitä. Nyt tiedämme aurinkopaneelit, joilla voidaan lämmittää asuinrakennuksia ja tuottaa energiaa jokapäiväisiin tarpeisiin.
Lopuksi
Yhteenvetona voidaan todeta, että lukija voi nyt määrittää säteilylämmönsiirron. Kuvaile tätä ilmiötä elämässä ja luonnossa. Säteilyenergia on tällaisessa ilmiössä lähetetyn energia-aallon pääominaisuus, ja luetellut kaavat osoittavat, kuinka se lasketaan. Yleisesti ottaen prosessi itse noudattaa Stefan-Boltzmannin lakia ja sillä voi olla kolme muotoa sen luonteesta riippuen: tulevan säteilyn vuo, sen omaa tyyppiä oleva säteily ja heijastunut, absorboitunut ja siirtynyt.
