Thermische stralingseigenschappen, voorbeelden, toepassingen

De Thermische straling Het is de energie die door een lichaam wordt overgedragen dankzij de temperatuur en door de infraroodgolflengten van het elektromagnetische spectrum. Alle lichamen zonder uitzondering stoten een infraroodstraling uit, ongeacht hoe laag hun temperatuur is.

Het gebeurt dat wanneer ze in versnelde beweging zijn, elektrisch geladen deeltjes oscilleren en dankzij hun kinetische energie, ze continu elektromagnetische golven uitzenden.

Figuur 1. We zijn zeer bekend met de thermische straling die voortkomt uit de zon, wat in feite de belangrijkste bron van warmte -energie is. Bron: Pxhere.

De enige manier waarop een lichaam geen thermische straling uitzendt, is dat zijn deeltjes in totaal rust zijn. Op deze manier zou de temperatuur 0 op de Kelvin -schaal zijn, maar verlaagt tot het punt dat de temperatuur van een object iets is dat nog niet is bereikt.

[TOC]

Thermische stralingseigenschappen

Een opmerkelijke eigenschap die dit warmteoverdrachtsmechanisme van anderen onderscheidt, is dat er geen materiaalmedium nodig is om te voorkomen. Aldus reist de door de zon uitgewezen energie bijvoorbeeld 150 miljoen kilometer door de ruimte en komt er continu op aarde aan.

Er is een wiskundig model om de hoeveelheid thermische energie per tijdeenheid te kennen die een object uitstraalt:

P =NAARσeT⁴

Deze vergelijking staat bekend als de wet van Stefan en de volgende magnitudes verschijnen:

-Thermische energie per tijdeenheid P, die bekend staat als Power en wiens eenheid in het internationale systeem van eenheden de Watt of Watt (W) is.

-Hij Oppervlakkig gebied van het object dat warmte uitzendt NAAR, in vierkante meter.

-Een constante, genoemd Stefan Constant - Boltzman, aangegeven door σ En wiens waarde 5 is.66963 x10^-8 W/m² K⁴,

Kan u van dienst zijn: magnetische schok: eenheden, formules, berekening, voorbeelden

-De Emisiviteit (Ook wel genoemd Probleem) van het object En, een dimensieloze hoeveelheid (zonder eenheden) waarvan de waarde tussen 0 en 1 is. Het is gerelateerd aan de aard van het materiaal: een spiegel heeft bijvoorbeeld een lage emissiviteit, terwijl een zeer donker lichaam een ​​hoge emissiviteit heeft.

-En ten slotte de temperatuur T In Kelvin.

Voorbeelden van thermische straling

Volgens de wet van Stefan is de snelheid waarmee een object de energie uitstraalt evenredig met het gebied, de emissiviteit en de vierde temperatuurvermogen.

Aangezien de thermische energie -emissiesnelheid afhangt van het vierde vermogen van T, is het duidelijk dat kleine temperatuurveranderingen een enorm effect zullen hebben op de uitgezonden straling. Als de temperatuur bijvoorbeeld wordt verdubbeld, zou de straling 16 keer toenemen.

Een speciaal geval van de wet van Stefan is de perfecte radiator, een volledig ondoorzichtig object genaamd Zwart lichaam, wiens emissiviteit precies 1 is. In dit geval is de wet van Stefan als volgt:

P =NAARσT⁴

Het gebeurt dat de wet van Stefan een wiskundig model is dat ongeveer de straling beschrijft die door een object is uitgegeven, omdat het de emissiviteit als een constante beschouwt. Eigenlijk hangt de emissiviteit af van de golflengte van de uitgezonden straling, de oppervlakte -afwerking en andere factoren.

Wanneer beschouwd En Zoals constant en de wet van Stefan wordt toegepast zoals in het begin aangegeven, wordt het object aangeroepen Grijs lichaam.

De waarden van de emissiviteit voor sommige stoffen die als een grijs lichaam worden behandeld, zijn:

-Gepolijst aluminium 0.05

-Zwarte steenkool 0.95

-Menselijke huid van elke kleur 0.97

-Hout 0.91

-IJs 0.92

Het kan je van dienst zijn: torsiemoment

-Water 0.91

-Koper tussen 0.015 en 0.025

-Staal tussen 0.06 en 0.25

De thermische straling van de zon

Een tastbaar voorbeeld van een object dat thermische straling uitzendt, is de zon. Naar schatting komt elke seconde, ongeveer 1370 J energie in de vorm van elektromagnetische straling op aarde uit de zon.

Deze waarde staat bekend als de Zonne -constante En elke planeet heeft er een, die afhankelijk is van de gemiddelde afstand tot de zon.

Deze straling wordt loodrecht door elke m gekruist² van atmosferische lagen en is verdeeld in verschillende golflengten.

Bijna alles komt in zichtbaar licht, maar een goede rol komt als infraroodstraling, wat precies is wat we als warmte beschouwen, en een andere ook als ultraviolette stralen. Het is een grote hoeveelheid energie voldoende om aan de behoeften van de planeet te voldoen, om het te vangen en er gebruik van te maken.

In termen van de golflengte zijn dit de bereiken waarbinnen de zonnestraling de aarde bereikt:

-Infrarood, Degene die we als warmte beschouwen: 100 - 0.7 μm*

-Zichtbaar licht, Tussen 0.7 - 0.4 μm

-Ultraviolet, Minder dan 0.4 μm

*1 μm = 1 micrometer of de miljoenste van één meter.

Wien's wet

De volgende afbeelding toont de verdeling van straling ten opzichte van de golflengte voor verschillende temperaturen. De verdeling is te wijten aan de verplaatsingswet van Wien, volgens welke de maximale stralingsgolflengte λ_maximaal Het is omgekeerd evenredig met de T -temperatuur in Kelvin:

λ_maximaal T = 2.898 . 10 ⁻³ M⋅K

Figuur 2. Stralingsgrafiek afhankelijk van de golflengte voor een zwart lichaam. Bron: Wikimedia Commons.

De zon heeft een oppervlaktetemperatuur van ongeveer 5700 K en straalt voornamelijk uit in kortere golflengten, zoals we hebben gezien. De curve die het grootste deel van de zon nadert, is 5000 K, in blauw en natuurlijk heeft het het maximum in het zichtbare lichtbereik. Maar zendt ook een goede rol uit in infrarood en ultraviolet.

Kan u van dienst zijn: Isobarisch proces: formules, vergelijkingen, experimenten, oefeningen

Thermische stralingstoepassingen

Zonne energie

De grote hoeveelheid energie die de zonstraling kan worden opgeslagen op apparaten die worden genoemd verzamelaars, en transformeer en gebruik het gemakkelijk als elektriciteit.

Infraroodcamera's

Het zijn camera's die, zoals de naam al aangeeft, in het infraroodgebied werken in plaats van dit te doen in zichtbaar licht, zoals gewone kamers. Ze profiteren van het feit dat alle lichamen de thermische straling in meer of mindere mate uitzenden volgens hun temperatuur.

figuur 3. Afbeelding van een hond die wordt vastgelegd door een infraroodkamer. Oorspronkelijk vertegenwoordigen de duidelijkste gebieden de hoogste temperatuur. De kleuren, die worden toegevoegd bij de verwerking om de interpretatie te vergemakkelijken, tonen de verschillende temperaturen in het lichaam van het dier. Bron: Wikimedia Commons.

Pyrometrie

Als de temperaturen erg hoog zijn, meet ze dan met een kwikthermometer niet het meest aangegeven. Hiervoor, de pyrometers, waardoor de temperatuur van een object wordt afgeleid, wetende dat de emissiviteit is, dankzij de emissie van een elektromagnetisch signaal.

Astronomie

Het licht van de sterren is zeer goed gemodelleerd met de benadering van het zwarte lichaam, evenals het hele universum. En van zijn kant wordt de wet van Wien vaak gebruikt in de astronomie om de temperatuur van de sterren te bepalen, volgens de golflengte van het licht dat ze uitstoten.

Militaire industrie

Raket.

Referenties

1. Giambattista, een. 2010. Natuurkunde. 2e. ED. McGraw Hill.
2. Gómez, E. Rijden, convectie en straling. Hersteld van: Eltamiz.com.
3. González de Arrieta, i. Thermische stralingstoepassingen. Hersteld van: www.Ehu.EUS.
4. NASA Earth Observatory. Klimaat en het energiebudget van de aarde. Hersteld van: Earthobservatory.pot.Gov.
5. Natahenoo. Warmtoepassingen. Hersteld van: Cinehenao.WordPress.com.
6. Serway, r. Natuurkunde voor wetenschap en engineering. Deel 1. 7e. ED. Cengage leren.