The přenos sálavého tepla Skládá se z toku energie elektromagnetickými vlnami. Protože tyto vlny se mohou pohybovat vakuem rychlostí světla, mohou také přenášet teplo.
Elektromagnetické vlny mají celé kontinuum vlnových délek, tzv spektrum a to jde od nejdelších a nejméně energetických vlnových délek k těm nejkratším a nejenergetičtějším.
Mezi nimi je infračervené záření, pásmo blízké pásmu nebo světlu viditelné vlnové délky, ale pod ním. Tímto způsobem se velké množství tepla ze Slunce dostane na Zemi a překročí miliony kilometrů.
Ale nejen žhavé předměty, jako je Slunce, vydávají teplo ve formě záření, ale jakýkoli objekt to dělá nepřetržitě, pouze to, že když je teplota nízká, je vlnová délka velká, a proto je energie, která je jí nepřímo úměrná. malý.
Rejstřík článků
Když elektrony vibrují, vyzařují elektromagnetické vlny. Pokud mají vlny nízkou frekvenci, odpovídá to tomu, že jejich vlnová délka je dlouhá a pohyb vlny je pomalý, proto má málo energie. Pokud se však frekvence zvyšuje, vlna se pohybuje rychleji a má více energie.
Objekt s určitou teplotou T vydává záření často F, aby T Y F jsou proporcionální. A protože elektromagnetické vlny k šíření nepotřebují materiální médium, infračervené fotony, které jsou zodpovědné za šíření záření, se mohou bez problémů pohybovat ve vakuu..
Takto se záření ze Slunce dostává na Zemi a na ostatní planety. Se vzdáleností však vlny zeslabují a množství tepla klesá.
The Stefanův zákon uvádí, že vyzařovaný výkon P (na všech vlnových délkách) je úměrný T4, podle výrazu:
P =NAσeT4
V jednotkách International System je výkon ve wattech (W) a teplota v kelvinech (K). V této rovnici je A povrchová plocha objektu, σ je Stefan-Boltzmanova konstanta, což je 5,66963 x10-8 W / mdva K.4,
Nakonec je e emisivita nebo emise objektu, číselná hodnota bez jednotek, mezi 0 a 1. Hodnota je dána podle materiálu, protože velmi tmavá tělesa mají vysokou emisivitu, opak zrcadla.
Zdroje záření, jako je vlákno žárovky nebo Slunce, emitují záření v mnoha vlnových délkách. To slunce je téměř úplně ve viditelné oblasti elektromagnetického spektra.
Mezi maximální vlnovou délkou λmax a teplota T emitoru existuje vztah daný Wienovým zákonem:
λmax ∙ T = 2,898. 10 -3 m⋅K
Následující obrázek ukazuje křivky emise energie jako funkci teploty v kelvinech pro ideální objekt, který absorbuje veškeré záření, které na něj dopadá, a je zase dokonalým zářičem. Tento objekt se nazývá černé tělo.
Prostory mezi uhlíky uhlíků v peci se chovají jako ideální zářiče záření, typu černého tělesa, s poměrně blízkou aproximací. Bylo provedeno mnoho experimentů ke stanovení různých teplotních křivek a jejich příslušných distribucí vlnových délek..
Jak je vidět, čím vyšší je teplota, tím kratší je vlnová délka, tím vyšší je frekvence a záření má více energie..
Za předpokladu, že se Slunce chová jako černé těleso, je mezi křivkami znázorněnými na obrázku nejblíže teplotě slunečního povrchu 5500 K. Jeho vrchol je na vlnové délce 500 nm (nanometrů).
Teplota slunečního povrchu je přibližně 5700 K. Podle Wienova zákona:
λmax = 2 898 × 10 -3 m⋅K / 5700 K = 508,4 nm
Tento výsledek zhruba souhlasí s výsledkem v grafu. Tato vlnová délka patří do viditelné oblasti spektra, je však třeba zdůraznit, že představuje pouze vrchol distribuce. Ve skutečnosti Slunce vyzařuje většinu své energie mezi infračervenými vlnovými délkami, viditelným spektrem a ultrafialovým zářením..
Všechny objekty bez výjimky vyzařují nějakou formu sálavého tepla, nicméně některé jsou mnohem pozoruhodnější zářiče:
Kuchyně je dobrým místem ke studiu mechanismů přenosu tepla, například záření je vidět (opatrně), které se blíží k elektrickému hořáku, který svítí oranžově. Nebo také na uhlíky grilu na grilu.
Odporové prvky v elektrických ohřívačích, toustovačích a pecích se také zahřívají a září oranžově a také přenášejí radiační teplo..
Vlákno žárovek dosahuje vysokých teplot mezi 1 200 a 2 500 ° C, vyzařuje energii distribuovanou v infračerveném záření (většinou) a ve viditelném světle, oranžové nebo žluté..
Slunce přenáší teplo zářením směrem k Zemi, prostorem, který je odděluje. Ve skutečnosti je záření nejdůležitějším mechanismem přenosu tepla téměř ve všech hvězdách, ačkoli důležitou roli hrají také jiné, jako je konvekce..
Zdrojem energie uvnitř Slunce je termonukleární fúzní reaktor v jádru, který uvolňuje velké množství energie přeměnou vodíku na helium. Velká část této energie je ve formě viditelného světla, ale jak již bylo vysvětleno, jsou také důležité ultrafialové a infračervené vlnové délky..
Planeta Země je také emitorem záření, i když ve svém středu nemá reaktor, jako je Slunce..
Emise Země jsou způsobeny radioaktivním rozpadem různých minerálů v jejím nitru, jako je uran a radia. Proto je vnitřek hlubinných dolů vždy horký, i když tato tepelná energie má nižší frekvenci než energie vyzařovaná Sluncem.
Jelikož je zemská atmosféra selektivní s různými vlnovými délkami, sluneční světlo bez problémů dosáhne povrchu, protože atmosféra umožňuje průchod vyšších frekvencí..
Atmosféra je však neprůhledná pro nízkoenergetické infračervené záření, jako je záření produkované na Zemi přirozenými příčinami a lidskými rukama. Jinými slovy, nenechává ho uniknout ven, a proto přispívá ke globálnímu oteplování planety..
Zatím žádné komentáře