Termiska strålningsegenskaper, exempel, applikationer

De Värmestrålning Det är den energi som överförs av en kropp tack vare dess temperatur och genom de infraröda våglängderna för det elektromagnetiska spektrumet. Alla kroppar utan undantag avger lite infraröd strålning oavsett hur låg temperaturen är.

Det händer att när de är i accelererad rörelse, elektriskt laddade partiklar oscillerar och tack vare deras kinetiska energi, avger de kontinuerligt elektromagnetiska vågor.

Figur 1. Vi är mycket bekanta med den termiska strålningen som kommer från solen, som faktiskt är den viktigaste källan till värmeenergi. Källa: Pxhere.

Det enda sättet att en kropp inte avger termisk strålning är att dess partiklar är i total vila. På detta sätt skulle temperaturen vara 0 på Kelvin -skalan, men minska till punkten är temperaturen på ett objekt något som ännu inte har uppnåtts.

[TOC]

Termiska strålningsegenskaper

En anmärkningsvärd egenskap som skiljer denna värmeöverföringsmekanism från andra är att ett materialmedium inte behövs för att inträffa. Således reser energin som släpps ut av solen, till exempel 150 miljoner kilometer genom rymden och anländer på jorden kontinuerligt.

Det finns en matematisk modell att veta mängden termisk energi per tidsenhet som utstrålar ett objekt:

P =TILLσeT⁴

Denna ekvation kallas Stefan's Law och följande storlekar visas:

-Termisk energi per tidsenhet P, som kallas kraft och vars enhet i det internationella enhetssystemet är watt eller watt (w).

-han Ytområde av objektet som avger värme TILL, på kvadratmeter.

-En konstant, kallad Stefan Constant - Boltzman, betecknad av σ Och vars värde är 5.66963 x10^-8 W/m² K⁴,

Kan tjäna dig: magnetisk chock: enheter, formler, beräkning, exempel

-De Emisivitet (Även kallad Problem) av objektet och, en måttlös mängd (utan enheter) vars värde är mellan 0 och 1. Det är relaterat till materialets natur: till exempel har en spegel låg emissivitet, medan en mycket mörk kropp har hög emissivitet.

-Och slutligen temperatur T I Kelvin.

Exempel på termisk strålning

Enligt Stefans lag är hastigheten med vilken ett objekt utstrålar energi proportionell mot området, emissiviteten och den fjärde temperaturkraften.

Eftersom den termiska energiutsläppshastigheten beror på den fjärde effekten av T är det uppenbart att små temperaturförändringar kommer att ha en enorm effekt på den utsända strålningen. Till exempel, om temperaturen fördubblas skulle strålningen öka 16 gånger.

Ett speciellt fall av Stefans lag är den perfekta kylaren, ett helt ogenomskinligt objekt som heter Svart kropp, vars emissivitet är exakt 1. I det här fallet är Stefans lag så här:

P =TILLσT⁴

Det händer att Stefans lag är en matematisk modell som ungefär beskriver den strålning som utfärdats av något objekt, eftersom den betraktar emissiviteten som en konstant. Egentligen beror emissiviteten på våglängden för den utsända strålningen, ytfinishen och andra faktorer.

När det övervägs och Eftersom konstant och lagen om Stefan tillämpas som anges i början, kallas objektet Grå kropp.

Värdena på emissiviteten för vissa ämnen som behandlas som en grå kropp är:

-Polerad aluminium 0.05

-Svart kol 0.95

-Mänsklig hud av vilken färg som helst.97

-Trä 0.91

-Is 0.92

Det kan tjäna dig: vridmoment

-Vatten 0.91

-Koppar mellan 0.015 och 0.025

-Stål mellan 0.06 och 0.25

Solens termiska strålning

Ett konkret exempel på ett objekt som avger termisk strålning är solen. Det uppskattas att varje sekund är ungefär 1370 j energi i form av elektromagnetisk strålning på jorden från solen.

Detta värde är känt som solkonstant Och varje planet har en, som beror på dess genomsnittliga avstånd till solen.

Denna strålning korsas vinkelrätt av varje m² av atmosfäriska lager och distribueras i olika våglängder.

Nästan allt kommer i synligt ljus, men en bra del kommer som infraröd strålning, vilket är precis vad vi uppfattar som värme, och en annan också som ultravioletta strålar. Det är en stor mängd energi tillräckligt för att tillgodose planetens behov för att fånga den och dra nytta av den.

När det gäller våglängden är dessa de områden som är solstrålningen som når jorden:

-Infraröd, Den vi uppfattar som värme: 100 - 0.7 μm*

-Synligt ljus, mellan 0.7 - 0.4 μm

-Ultraviolett, Mindre än 0.4 μm

*1 μm = 1 mikrometer eller miljonm meter.

Wiens lag

Följande bild visar strålningsfördelningen med avseende på våglängden för flera temperaturer. Distributionen beror på Wiens förskjutningslag, enligt vilken den maximala strålningsvåglängden λ_max Det är omvänt proportionellt mot T -temperaturen i Kelvin:

λ_max T = 2.898 . 10 ⁻³ M⋅k

figur 2. Strålningsgraf beroende på våglängden för en svart kropp. Källa: Wikimedia Commons.

Solen har en yttemperatur på cirka 5700 K och strålar främst i kortare våglängder, som vi har sett. Kurvan som närmar sig det mesta av solen är 5000 K, i blått och naturligtvis har den maximalt i det synliga ljusområdet. Men avger också en bra roll i infraröd och ultraviolett.

Kan tjäna dig: isobarisk process: formler, ekvationer, experiment, övningar

Termisk strålningsapplikationer

Solenergi

Den stora mängden energi som solen strålar kan lagras på enheter som kallas samlare, och sedan omvandla och använd det bekvämt som el.

Infraröda kameror

De är kameror som, som namnet antyder, arbetar i den infraröda regionen istället för att göra det i synligt ljus, till exempel vanliga kamrar. De drar nytta av det faktum att alla kroppar avger termisk strålning i större eller mindre utsträckning enligt deras temperatur.

Figur 3. Bild av en hund som fångats av en infraröd kammare. Ursprungligen representerar de tydligaste områdena den högsta temperaturen. Färgerna, som läggs till vid bearbetning för att underlätta tolkning, visar de olika temperaturerna i djurets kropp. Källa: Wikimedia Commons.

Pyrometri

Om temperaturen är mycket höga, mät dem med en kvicksilvertermometer inte är den mest angivna. För detta, pyrometrar, genom vilken temperaturen på ett objekt dras av att veta dess emissivitet, tack vare utsläppet av en elektromagnetisk signal.

Astronomi

Stjärnans ljus modelleras mycket bra med tillnärmningen av den svarta kroppen, liksom hela universum. Och för sin del används Wiens lag ofta i astronomi för att bestämma stjärnans temperatur, enligt våglängden för ljuset de avger.

Militärindustri

Missil.

Referenser

1. Giambattista, a. 2010. Fysik. 2: a. Ed. McGraw Hill.
2. Gómez, E. Körning, konvektion och strålning. Återhämtat sig från: Eltamiz.com.
3. González de Arrieta, i. Termisk strålningsapplikationer. Återhämtat sig från: www.Ehu.Eus.
4. NASA Earth Observatory. Klimat och jordens energibudget. Återhämtat sig från: Earthobservatory.pott.Gov.
5. Natahenoo. Värmeapplikationer. Återhämtat sig från: cinehenao.WordPress.com.
6. Serway, R. Fysik för vetenskap och teknik. Volym 1. 7th. Ed. Cengage Learning.