Tu bo bralec našel splošne informacije o tem, kaj je prenos toplote, podrobno pa bo obravnaval tudi pojav sevalnega prenosa toplote, njegovo upoštevanje določenih zakonov, značilnosti procesa, formulo toplote, uporabo prenosa toplote s strani človeka in njegovega toka v naravi.
Vstop v toplotno izmenjavo
Če želite razumeti bistvo prenosa sevalne toplote, morate najprej razumeti njegovo bistvo in vedeti, kaj je?
Prenos toplote je sprememba energijskega indeksa notranjega tipa brez dela na objektu ali subjektu in tudi brez dela telesa. Tak proces vedno poteka v določeni smeri, in sicer: toplota prehaja s telesa z višjim temperaturnim indeksom na telo z nižjim. Ko dosežemo izenačitev temperatur med telesi, se proces ustavi, izvaja pa se s pomočjo toplotne prevodnosti, konvekcije in sevanja.
- Toplotna prevodnost je proces prenosa notranje energije z enega delca telesa na drugega ali med telesi, ko pridejo v stik.
- Konvekcija je prenos toplote zaradiprenos energije skupaj s tokovi tekočine ali plina.
- Sevanje je elektromagnetne narave, ki se oddaja zaradi notranje energije snovi, ki je v stanju določene temperature.
Toplotna formula vam omogoča izračune za določitev količine prenesene energije, vendar so izmerjene vrednosti odvisne od narave tekočega procesa:
- Q=cmΔt=cm(t2 – t1) – ogrevanje in hlajenje;
- Q=mλ – kristalizacija in taljenje;
- Q=mr - kondenzacija pare, vrenje in izhlapevanje;
- Q=mq – zgorevanje goriva.
Razmerje med telesom in temperaturo
Če želite razumeti, kaj je prenos sevalne toplote, morate poznati osnovne zakone fizike o infrardečem sevanju. Pomembno si je zapomniti, da vsako telo, katerega temperatura je absolutno nad ničlo, vedno oddaja toplotno energijo. Leži v infrardečem spektru valov elektromagnetne narave.
Vendar bodo imela različna telesa z enako temperaturo različno sposobnost oddajanja sevalne energije. Ta lastnost bo odvisna od različnih dejavnikov, kot so: struktura telesa, narava, oblika in stanje površine. Narava elektromagnetnega sevanja se nanaša na dvojno, korpuskularno valovanje. Polje elektromagnetnega tipa ima kvantni značaj, njegove kvante pa predstavljajo fotoni. V interakciji z atomi se fotoni absorbirajo in prenesejo svojo energijo na elektrone, foton izgine. Toplotno nihanje energijskega eksponentaatom v molekuli se poveča. Z drugimi besedami, sevana energija se pretvori v toploto.
Izsevana energija velja za glavno količino in je označena z znakom W, merjeno v džulih (J). Tok sevanja izraža povprečno vrednost moči v časovnem obdobju, ki je veliko večja od obdobij nihanja (energija, oddana v enoti časa). Enota, ki jo oddaja tok, je izražena v joulih na sekundo (J/s), vat (W) velja za splošno sprejeto možnost.
Uvod v prenos sevalne toplote
Zdaj več o fenomenu. Prenos sevalne toplote je izmenjava toplote, proces njenega prenosa z enega telesa na drugo, ki ima drugačen temperaturni indeks. Pojavi se s pomočjo infrardečega sevanja. Je elektromagnetna in leži v območjih valovnih spektrov elektromagnetne narave. Razpon valovanja je v območju od 0,77 do 340 µm. Območja od 340 do 100 µm se štejejo za dolgovalovne, 100 - 15 µm spadajo v srednje valovno območje, kratke valovne dolžine pa od 15 do 0,77 µm.
Kratkovalovni del infrardečega spektra je v bližini vidne svetlobe, dolgovalovni deli valov pa gredo v ultrakratki radijski val. Za infrardeče sevanje je značilno pravolinijsko širjenje, lahko se lomi, odbija in polarizira. Sposoben prodreti v vrsto materialov, ki so neprozorni za vidno svetlobo.
Z drugimi besedami, prenos sevalne toplote lahko označimo kot prenostoploto v obliki energije elektromagnetnega valovanja, medtem ko proces poteka med površinami, ki so v procesu medsebojnega sevanja.
Intenzivnost je določena z medsebojno razporeditvijo površin, oddajnimi in absorbcijskimi sposobnostmi teles. Prenos sevalne toplote med telesi se od procesov konvekcije in toplotne prevodnosti razlikuje po tem, da se toplota lahko pošlje skozi vakuum. Podobnost tega pojava z drugimi je posledica prenosa toplote med telesi z različnimi temperaturnimi indeksi.
Radiacijski tok
Prenos sevalne toplote med telesi ima določeno število sevalnih tokov:
- Intrinzični sevalni tok - E, ki je odvisen od temperaturnega indeksa T in optičnih značilnosti telesa.
- Tokovi vpadnega sevanja.
- Absorbirane, odbite in prenesene vrste tokov sevanja. V celoti so enaki Epad.
Okolje, v katerem poteka izmenjava toplote, lahko absorbira sevanje in vnese svoje.
Izmenjava sevalne toplote med določenim številom teles je opisana z učinkovitim pretokom sevanja:
EEF=E+EOTR=E+(1-A)EFAD. Telesa pri kateri koli temperaturi, ki imajo indikatorje L=1, R=0 in O=0, se imenujejo "popolnoma črna". Človek je ustvaril koncept "črnega sevanja". S svojimi temperaturnimi indikatorji ustreza ravnovesju telesa. Energija oddanega sevanja se izračuna na podlagi temperature subjekta ali predmeta, narava telesa na to ne vpliva.
Upoštevajte zakoneBoltzmann
Ludwig Boltzmann, ki je živel na ozemlju avstrijskega cesarstva v letih 1844-1906, je ustvaril Stefan-Boltzmannov zakon. Prav on je človeku omogočil, da bolje razume bistvo izmenjave toplote in operira z informacijami ter jih z leti izboljšuje. Upoštevajte njegovo besedilo.
Stefan-Boltzmannov zakon je integralni zakon, ki opisuje nekatere značilnosti popolnoma črnih teles. Omogoča vam, da določite odvisnost gostote moči sevanja črnega telesa od njegovega temperaturnega indeksa.
Upoštevanje zakona
Zakoni prenosa sevalne toplote ustrezajo Stefan-Boltzmannovemu zakonu. Stopnja intenzivnosti prenosa toplote s toplotno prevodnostjo in konvekcijo je sorazmerna s temperaturo. Energija sevanja v toplotnem toku je sorazmerna s temperaturo na četrto potenco. Izgleda takole:
q=σ A (T14 – T2 4).
V formuli je q toplotni tok, A je površina telesa, ki seva energijo, T1 in T2 so temperature, ki oddajajo telesa, in okolje, ki absorbira to sevanje.
Zgornji zakon toplotnega sevanja natančno opisuje samo idealno sevanje, ki ga ustvari popolnoma črno telo (a.h.t.). Takih teles v življenju praktično ni. Vendar se ravne črne površine približujejo A. Ch. T. Sevanje svetlobnih teles je relativno šibko.
Uveden je faktor emisivnosti, da se upošteva odstopanje od idealnosti številnihkoličina s.t. v desno komponento izraza, ki pojasnjuje Stefan-Boltzmannov zakon. Indeks emisivnosti je enak vrednosti, manjši od ena. Ravna črna površina lahko ta koeficient prinese do 0,98, medtem ko kovinsko ogledalo ne presega 0,05. Zato so absorbance visoke za črna telesa in nizke za zrcalna telesa.
O sivem telesu (s.t.)
Pri prenosu toplote se pogosto omenja tak izraz kot sivo telo. Ta objekt je telo, ki ima spektralni absorpcijski koeficient elektromagnetnega sevanja manjši od ena, ki ne temelji na valovni dolžini (frekvenci).
Emisija toplote je enaka glede na spektralno sestavo sevanja črnega telesa z enako temperaturo. Sivo telo se od črnega razlikuje po nižjem kazalniku energijske združljivosti. Na nivo spektralne črnine s.t. valovna dolžina ni prizadeta. V vidni svetlobi so saje, premog in platina v prahu (črna) blizu sivega telesa.
Področja uporabe znanja o prenosu toplote
Emisija toplote se nenehno dogaja okoli nas. V stanovanjskih in pisarniških prostorih lahko pogosto najdete električne grelnike, ki se ukvarjajo s toplotnim sevanjem, vidimo pa ga v obliki rdečkastega sijaja spirale - taka toplota pripada vidnemu, "stoji" na robu infrardeči spekter.
Ogrevanje prostora je v resnici vključeno v nevidno komponento infrardečega sevanja. Uporablja se naprava za nočno opazovanjevir toplotnega sevanja in sprejemniki, občutljivi na infrardeče sevanje, ki vam omogočajo dobro navigacijo v temi.
sončna energija
Sonce je upravičeno najmočnejši oddajnik energije toplotne narave. Ogreva naš planet z razdalje sto petdeset milijonov kilometrov. Intenzivnost sončnega sevanja, ki jo že vrsto let beležijo različne postaje na različnih delih zemlje, ustreza približno 1,37 W/m2.
Energija sonca je vir življenja na planetu Zemlja. Trenutno se mnogi umi ukvarjajo z iskanjem najučinkovitejšega načina za njegovo uporabo. Zdaj poznamo sončne celice, ki lahko ogrevajo stanovanjske zgradbe in zagotavljajo energijo za vsakodnevne potrebe.
Na koncu
Če povzamemo, lahko bralec zdaj definira prenos sevalne toplote. Opiši ta pojav v življenju in naravi. Energija sevanja je glavna značilnost oddanega energijskega vala pri takem pojavu, naštete formule pa kažejo, kako jo izračunati. Na splošno je sam proces skladen s Stefan-Boltzmannovim zakonom in ima lahko tri oblike, odvisno od njegove narave: tok vpadnega sevanja, sevanje lastne vrste in odbito, absorbirano in oddano.
