Ovdje će čitatelj pronaći opće informacije o tome što je prijenos topline, a također će detaljno razmotriti fenomen prijenosa topline zračenja, njegovu poštivanje određenim zakonima, značajke procesa, formulu topline, upotrebu prijenosa topline od strane čovjeka i njenog protoka u prirodi.
Ulaz u izmjenu topline
Da biste razumjeli suštinu prijenosa topline zračenja, prvo morate razumjeti njegovu bit i znati što je to?
Prijenos topline je promjena energetskog indeksa unutarnjeg tipa bez rada na objektu ili subjektu, a također i bez rada tijela. Takav proces uvijek teče u određenom smjeru, naime: toplina prelazi s tijela s višim indeksom temperature na tijelo s nižim. Postizanjem izjednačavanja temperatura među tijelima, proces se zaustavlja, a provodi se uz pomoć provođenja topline, konvekcije i zračenja.
- Termičko provođenje je proces prijenosa unutarnje energije s jednog fragmenta tijela na drugi ili između tijela kada ostvare kontakt.
- Konvekcija je prijenos topline koji proizlazi izprijenos energije zajedno s tokovima tekućine ili plina.
- Zračenje je elektromagnetske prirode, emitirano zbog unutarnje energije tvari koja je u stanju određene temperature.
Formula topline omogućuje vam izračune za određivanje količine prenesene energije, međutim, izmjerene vrijednosti ovise o prirodi procesa u tijeku:
- Q=cmΔt=cm(t2 – t1) – grijanje i hlađenje;
- Q=mλ – kristalizacija i taljenje;
- 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 poznavati osnovne zakone fizike o infracrvenom zračenju. Važno je zapamtiti da svako tijelo čija je temperatura iznad nule u apsolutnom iznosu uvijek zrači toplinsku energiju. Leži u infracrvenom spektru valova elektromagnetske prirode.
Međutim, različita tijela, koja imaju istu temperaturu, imat će različitu sposobnost emitiranja energije zračenja. Ova karakteristika ovisit će o različitim čimbenicima kao što su: struktura tijela, priroda, oblik i stanje površine. Priroda elektromagnetskog zračenja odnosi se na dualni, korpuskularni val. Polje elektromagnetskog 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. Toplinska fluktuacija eksponenta energijeatom u molekuli se povećava. Drugim riječima, zračena energija se pretvara u toplinu.
Energija zračenja smatra se glavnom količinom i označava se znakom W, mjereno u džulima (J). Tok zračenja izražava prosječnu vrijednost snage u vremenskom razdoblju koja je mnogo veća od razdoblja oscilacija (energija emitirana tijekom jedinice vremena). Jedinica koju emituje tok izražena je u džulima po sekundi (J/s), 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. Elektromagnetski je i leži u područjima valnih spektra elektromagnetske prirode. Raspon valova je u rasponu od 0,77 do 340 µm. Rasponi od 340 do 100 µm smatraju se dugovalnim, 100 - 15 µm pripadaju srednjevalnom rasponu, a kratke valne duljine od 15 do 0,77 µm.
Kratkovalni dio infracrvenog spektra je u blizini vidljive svjetlosti, a dugovalni dijelovi valova idu u ultrakratki radio val. Infracrveno zračenje karakterizira pravolinijsko širenje, sposobno je prelamati, reflektirati i polarizirati. Može prodrijeti u niz materijala koji su neprozirni za vidljivu svjetlost.
Drugim riječima, prijenos topline zračenja može se okarakterizirati kao prijenostopline u obliku energije elektromagnetskog vala, dok se proces odvija između površina koje su u procesu međusobnog zračenja.
Indeks intenziteta određen je 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 slati kroz vakuum. Sličnost ovog fenomena s drugim je posljedica prijenosa topline između tijela s različitim temperaturnim indeksima.
Tok zračenja
Prijenos topline zračenja između tijela ima određeni broj tokova zračenja:
- Intrinzični tok zračenja - E, koji ovisi o temperaturnom indeksu T i optičkim karakteristikama tijela.
- Tokovi upadnog zračenja.
- Apsorbirane, reflektirane i prenesene vrste tokova zračenja. U zbroju, jednaki su Epad.
Okruženje u kojem se odvija izmjena topline može apsorbirati zračenje i unijeti vlastito.
Razmjena topline između određenog broja tijela opisuje se efektivnim protokom 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 crna". Čovjek je stvorio koncept "crnog zračenja". Svojim temperaturnim pokazateljima odgovara ravnoteži tijela. Emitirana energija zračenja izračunava se korištenjem temperature subjekta ili objekta, priroda tijela na to ne utječe.
Slijedeći zakoneBoltzmann
Ludwig Boltzmann, koji je živio na teritoriju Austrijskog Carstva 1844-1906, stvorio je Stefan-Boltzmannov zakon. On je bio taj koji je omogućio osobi da bolje razumije bit izmjene topline i operira informacijama, poboljšavajući ih tijekom godina. Razmotrite njegov tekst.
Stefan-Boltzmannov zakon je integralni zakon koji opisuje neke značajke apsolutno crnih tijela. Omogućuje vam da odredite ovisnost gustoće snage zračenja crnog tijela o njegovom temperaturnom indeksu.
Poštivanje zakona
Zakoni prijenosa radijacijske topline poštuju Stefan-Boltzmannov zakon. Razina intenziteta prijenosa topline vođenjem i konvekcijom topline proporcionalna je temperaturi. Energija zračenja u toplinskom toku proporcionalna je temperaturi na četvrtu potenciju. To izgleda ovako:
q=σ A (T14 – T2 4).
U formuli, q je toplinski tok, A je površina tijela koje zrači energiju, T1 i T2 su temperature koje emitiraju tijela i okolina koja apsorbira ovo zračenje.
Navedeni zakon toplinskog zračenja točno 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 svjetlosnih tijela je relativno slabo.
Uveden je faktor emisivnosti da se uzme u obzir odstupanje od idealnosti brojnihiznos s.t. u desnu 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 prijeći 0,05. Stoga su apsorbancije 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 objekt je tijelo koje ima spektralni koeficijent apsorpcije elektromagnetskog zračenja manji od jedan, koji se ne temelji na valnoj duljini (frekvenciji).
Emisija topline je ista prema spektralnom sastavu zračenja crnog tijela iste temperature. Sivo tijelo razlikuje se od crnog po nižem pokazatelju energetske kompatibilnosti. Do razine spektralne crnine s.t. valna duljina nije pod utjecajem. U vidljivoj svjetlosti, čađa, ugljen i prah platine (crni) su blizu sivog tijela.
Područja primjene znanja o prijenosu topline
Emisija topline neprestano se događa oko nas. U stambenim i uredskim prostorima često se mogu naći električne grijalice koje se bave zračenjem topline, a vidimo ga u obliku crvenkastog sjaja spirale - takva toplina pripada vidljivom, "stoji" na rubu infracrveni spektar.
Zagrijavanje prostorije, zapravo, je uključeno u nevidljivu komponentu infracrvenog zračenja. Primjenjuje se uređaj za noćno gledanjeizvor toplinskog zračenja i prijemnici osjetljivi na infracrveno zračenje, koji vam omogućuju dobru navigaciju u mraku.
Energija sunca
Sunce je s pravom najmoćniji emiter energije toplinske prirode. On zagrijava naš planet s udaljenosti od sto pedeset milijuna kilometara. Intenzitet sunčevog zračenja, koji se već dugi niz godina bilježi na raznim postajama smještenim u raznim dijelovima zemlje, odgovara približno 1,37 W/m2.
Energija sunca je izvor života na planeti Zemlji. Trenutno su mnogi umovi zauzeti pokušavajući pronaći najučinkovitiji način za korištenje. Sada znamo solarne ploče koje mogu grijati stambene zgrade i osigurati energiju za svakodnevne potrebe.
Na kraju
Rezimirajući, čitatelj sada može definirati prijenos topline zračenja. Opišite ovu pojavu u životu i prirodi. Energija zračenja glavna je karakteristika prepuštenog energetskog vala u takvoj pojavi, a navedene formule pokazuju kako je izračunati. Općenito gledano, sam proces se pokorava Stefan-Boltzmannovom zakonu i može imati tri oblika, ovisno o svojoj prirodi: tok upadnog zračenja, zračenje vlastitog tipa i reflektirano, apsorbirano i preneseno.
