Ovde će čitalac pronaći opšte informacije o tome šta je prenos toplote, a takođe će detaljno razmotriti fenomen prenosa toplote zračenja, njegovu poštivanje određenim zakonima, karakteristike procesa, formulu toplote, upotrebu prijenosa topline od strane čovjeka i njenog toka u prirodi.
Ulazak u razmjenu topline
Da biste razumjeli suštinu prijenosa topline zračenja, prvo morate razumjeti njegovu suštinu i znati šta je to?
Prenos toplote je promena energetskog indeksa unutrašnjeg tipa bez rada na objektu ili subjektu, a takođe i bez rada tela. Takav proces uvijek teče u određenom smjeru, odnosno: toplina prelazi sa tijela sa višim indeksom temperature na tijelo sa nižim. Postizanju izjednačavanja temperatura među tijelima, proces se zaustavlja, a odvija se uz pomoć provođenja toplote, konvekcije i zračenja.
- Termičko provođenje je proces prijenosa unutrašnje energije s jednog dijela tijela na drugi ili između tijela kada ostvare kontakt.
- Konvekcija je prijenos topline koji proizlazi izprijenos energije zajedno sa tokovima tekućine ili plina.
- Zračenje je elektromagnetne prirode, emituje se zbog unutrašnje energije supstance koja je u stanju određene temperature.
Formula topline vam omogućava da napravite kalkulacije za određivanje količine prenesene energije, međutim, izmjerene vrijednosti ovise o prirodi procesa u toku:
- Q=cmΔt=cm(t2 – t1) – grijanje i hlađenje;
- Q=mλ – kristalizacija i topljenje;
- Q=mr - kondenzacija pare, ključanje i isparavanje;
- Q=mq – sagorijevanje goriva.
Odnos između tijela i temperature
Da biste razumjeli što je prijenos topline zračenja, morate znati osnovne zakone fizike o infracrvenom zračenju. Važno je zapamtiti da svako tijelo čija je temperatura iznad nule u apsolutnom iznosu uvijek zrači toplotnu energiju. Leži u infracrvenom spektru talasa elektromagnetne prirode.
Međutim, različita tela, koja imaju istu temperaturu, imaće različitu sposobnost da emituju energiju zračenja. Ova karakteristika će zavisiti od različitih faktora kao što su: struktura tela, priroda, oblik i stanje površine. Priroda elektromagnetnog zračenja odnosi se na dualni, korpuskularni talas. Polje elektromagnetnog tipa ima kvantni karakter, a njegovi kvanti su predstavljeni fotonima. U interakciji s atomima, fotoni se apsorbiraju i prenose svoju energiju na elektrone, foton nestaje. Termička fluktuacija eksponenta energijeatom u molekulu se povećava. Drugim riječima, zračena energija se pretvara u toplinu.
Energija zračenja se smatra glavnom količinom i označava se znakom W, mjereno u džulima (J). Tok zračenja izražava prosječnu vrijednost snage tokom vremenskog perioda koja je mnogo veća od perioda oscilacija (emitovana energija u jedinici vremena). Jedinica koju emituje tok izražava se u džulima po sekundi (J/s), a vat (W) se smatra općeprihvaćenom opcijom.
Uvod u prijenos topline zračenja
Sada više o fenomenu. Prijenos topline zračenjem je izmjena topline, proces njenog prijenosa s jednog tijela na drugo, koje ima drugačiji temperaturni indeks. Javlja se uz pomoć infracrvenog zračenja. On je elektromagnetni i leži u oblastima talasnog spektra elektromagnetne prirode. Opseg talasa je u opsegu od 0,77 do 340 µm. Opsezi od 340 do 100 µm smatraju se dugotalasnim, 100 - 15 µm spadaju u srednji talasni opseg, a kratke talasne dužine od 15 do 0,77 µm.
Kratkotalasni deo infracrvenog spektra je u blizini vidljive svetlosti, a dugotalasni delovi talasa idu u ultrakratki radio talas. Infracrveno zračenje karakteriše pravolinijsko širenje, sposobno je da se lomi, reflektuje i polarizuje. Sposoban da prodre u niz materijala koji su neprozirni za vidljivu svjetlost.
Drugim riječima, prijenos topline zračenja može se okarakterizirati kao prijenostoplote u obliku energije elektromagnetnog talasa, dok se proces odvija između površina koje su u procesu međusobnog zračenja.
Indeks intenziteta je određen međusobnim rasporedom površina, emisionim i upijajućim sposobnostima tijela. Prijenos topline zračenja između tijela razlikuje se od procesa konvekcije i provođenja topline po tome što se toplina može poslati kroz vakuum. Sličnost ovog fenomena sa drugim je posledica prenosa toplote između tela sa različitim temperaturnim indeksima.
Fluks zračenja
Prenos toplote zračenja između tela ima određeni broj fluksova zračenja:
- Intrinzični tok zračenja - E, koji zavisi od temperaturnog indeksa T i optičkih karakteristika tijela.
- Tokovi upadne radijacije.
- Apsorbovani, reflektovani i prenošeni tipovi tokova zračenja. Sve u svemu, jednaki su Epad.
Okruženje u kojem se odvija razmjena toplote može apsorbirati zračenje i unijeti svoje.
Rasmjena topline između određenog broja tijela je opisana efektivnim fluksom zračenja:
EEF=E+EOTR=E+(1-A)EFAD. Tijela, na bilo kojoj temperaturi, koja imaju indikatore L=1, R=0 i O=0, nazivaju se "apsolutno crnim". Čovjek je stvorio koncept "crnog zračenja". Svojim temperaturnim indikatorima odgovara ravnoteži tijela. Emitovana energija zračenja se izračunava korišćenjem temperature subjekta ili objekta, priroda tela ne utiče na to.
U skladu sa zakonimaBoltzmann
Ludwig Boltzmann, koji je živio na teritoriji Austrijskog carstva 1844-1906, stvorio je Stefan-Boltzmann zakon. On je bio taj koji je omogućio osobi da bolje razumije suštinu razmjene topline i operira informacijama, poboljšavajući ih godinama. Razmotrite njegovu formulaciju.
Stefan-Boltzmann zakon je integralni zakon koji opisuje neke karakteristike apsolutno crnih tijela. Omogućava vam da odredite ovisnost gustine snage zračenja crnog tijela od njegovog temperaturnog indeksa.
Poštivanje zakona
Zakoni prenosa toplote zračenjem poštuju Stefan-Boltzmannov zakon. Nivo intenziteta prenosa toplote kroz provodljivost i konvekciju toplote proporcionalan je temperaturi. Energija zračenja u toplotnom fluksu proporcionalna je temperaturi u četvrtom stepenu. To izgleda ovako:
q=σ A (T14 – T2 4).
U formuli, q je toplotni tok, A je površina tijela koje zrači energiju, T1 i T2 su temperature koje emituju tijela i okolina koja apsorbira ovo zračenje.
Navedeni zakon toplotnog zračenja tačno opisuje samo idealno zračenje koje stvara apsolutno crno tijelo (a.h.t.). Takvih tijela u životu praktički nema. Međutim, ravne crne površine približavaju se A. Ch. T. Zračenje iz svjetlosnih tijela je relativno slabo.
Uveden je faktor emisivnosti da se uzme u obzir odstupanje od idealnosti brojnihiznos s.t. u pravu komponentu izraza koji objašnjava Stefan-Boltzmannov zakon. Indeks emisivnosti jednak je vrijednosti manjoj od jedan. Ravna crna površina može dovesti ovaj koeficijent do 0,98, dok metalno ogledalo neće preći 0,05. Prema tome, apsorbancije su visoke za crna tijela i niske za zrcalna tijela.
O sivom tijelu (s.t.)
U prijenosu topline, često se spominje izraz kao sivo tijelo. Ovaj objekat je tijelo koje ima spektralni koeficijent apsorpcije elektromagnetnog zračenja manji od jedan, koji nije zasnovan na talasnoj dužini (frekvenciji).
Emisija toplote je ista prema spektralnom sastavu zračenja crnog tela iste temperature. Sivo tijelo razlikuje se od crnog po nižem pokazatelju energetske kompatibilnosti. Do spektralnog nivoa crnila s.t. talasna dužina nije pogođena. U vidljivoj svjetlosti, čađ, ugalj i prah platine (crni) su blizu sivog tijela.
Oblasti primjene znanja o prijenosu topline
Emisija toplote se stalno dešava oko nas. U stambenim i poslovnim prostorijama često možete pronaći električne grijalice koje se bave zračenjem topline, a vidimo ga u obliku crvenkastog sjaja spirale - takva toplina pripada vidljivom, "stoji" na rubu infracrveni spektar.
Grijanje prostorije, u stvari, radi u nevidljivoj komponenti infracrvenog zračenja. Primjenjuje se uređaj za noćno gledanjeizvor toplotnog zračenja i prijemnici osjetljivi na infracrveno zračenje, koji vam omogućavaju dobru navigaciju u mraku.
Energija sunca
Sunce je s pravom najmoćniji emiter energije termalne prirode. Zagreva našu planetu sa udaljenosti od sto pedeset miliona kilometara. Intenzitet sunčeve radijacije, koji se već dugi niz godina bilježi na raznim stanicama koje se nalaze u raznim dijelovima zemlje, odgovara približno 1,37 W/m2.
Energija sunca je izvor života na planeti Zemlji. Trenutno su mnogi umovi zauzeti pokušavajući da pronađu najefikasniji način da ga koriste. Sada znamo solarne panele koji mogu grijati stambene zgrade i osigurati energiju za svakodnevne potrebe.
Na zatvaranju
Rezimirajući, čitač sada može definirati prijenos topline zračenja. Opišite ovu pojavu u životu i prirodi. Energija zračenja je glavna karakteristika prenošenog energetskog talasa u takvoj pojavi, a navedene formule pokazuju kako je izračunati. U opštem smislu, sam proces je u skladu sa Stefan-Boltzmannovim zakonom i može imati tri oblika, zavisno od svoje prirode: fluks upadnog zračenja, zračenje sopstvenog tipa i reflektovano, apsorbovano i prenošeno.
