Мұнда оқырман жылу алмасу деген не туралы жалпы ақпаратты табады, сонымен қатар сәулелік жылу алмасу құбылысын, оның белгілі бір заңдылықтарға бағынуын, процестің ерекшеліктерін, жылу формуласын, қолданылуын егжей-тегжейлі қарастырады. адамның жылу алмасуы және оның табиғаттағы ағыны.
Жылу алмасуға кіру
Сәулелі жылу алмасудың мәнін түсіну үшін алдымен оның мәнін түсініп, оның не екенін білу керек?
Жылу беру - бұл объектіге немесе затқа жұмыссыз, сонымен қатар дененің жұмысысыз ішкі түрдегі энергия индексінің өзгеруі. Мұндай процесс әрқашан белгілі бір бағытта жүреді, атап айтқанда: жылу жоғары температура индексі бар денеден төменгі денеге өтеді. Денелер арасындағы температуралардың теңестірілуіне жеткенде процесс тоқтап, ол жылу өткізгіштік, конвекция және сәуле шығару көмегімен жүзеге асады.
- Жылуөткізгіштік – бұл бір дене фрагментінен екіншісіне немесе денелер жанасу кезінде олардың арасындағы ішкі энергияны беру процесі.
- Конвекция - нәтижесінде пайда болатын жылу алмасусұйықтық немесе газ ағындарымен бірге энергияны тасымалдау.
- Сәулелену табиғаты бойынша электромагниттік болып табылады, белгілі бір температура күйіндегі заттың ішкі энергиясы есебінен шығарылады.
Жылу формуласы берілген энергия мөлшерін анықтау үшін есептеулер жүргізуге мүмкіндік береді, дегенмен өлшенген мәндер жүріп жатқан процестің сипатына байланысты:
- Q=cmΔt=см(t2 – t1) – жылыту және салқындату;
- Q=mλ – кристалдану және балқу;
- Q=mr - бу конденсациясы, қайнау және булану;
- Q=mq – отынның жануы.
Дене мен температура арасындағы байланыс
Сәулелі жылу алмасудың не екенін түсіну үшін инфрақызыл сәулелену туралы физиканың негізгі заңдарын білу керек. Температурасы абсолютті мәнде нөлден жоғары кез келген дене әрқашан жылу энергиясын тарататынын есте ұстаған жөн. Ол электромагниттік сипаттағы толқындардың инфрақызыл спектрінде жатыр.
Алайда температурасы бірдей әртүрлі денелердің сәулелену энергиясын шығару қабілеті әртүрлі болады. Бұл сипаттама әртүрлі факторларға байланысты болады: дене құрылымы, табиғаты, пішіні және бетінің күйі. Электромагниттік сәулеленудің табиғаты қос, корпускулярлы-толқынға жатады. Электромагниттік типтегі өріс кванттық сипатқа ие, ал оның кванттары фотондар арқылы бейнеленген. Атомдармен әрекеттесе отырып, фотондар жұтылады және өз энергиясын электрондарға береді, фотон жоғалады. Энергия көрсеткішінің термиялық ауытқуымолекуладағы атом көбейеді. Басқаша айтқанда, сәулелену энергиясы жылуға айналады.
Сәулелену энергиясы негізгі шама болып саналады және джоульмен (Дж) өлшенетін W белгісімен белгіленеді. Сәулелену ағыны тербеліс периодтарынан (уақыт бірлігі ішінде бөлінетін энергия) әлдеқайда үлкен уақыт аралығындағы қуаттың орташа мәнін білдіреді. Ағын шығаратын бірлік секундына джоульмен (Дж/с) көрсетіледі, ватт (Вт) жалпы қабылданған опция болып саналады.
Сәулелі жылу алмасуға кіріспе
Енді феномен туралы толығырақ. Сәулелік жылу алмасу - жылу алмасу, оны бір денеден екінші денеге беру процесі, оның температурасы әртүрлі. Инфрақызыл сәулеленудің көмегімен пайда болады. Ол электромагниттік және электромагниттік сипаттағы толқын спектрлерінің аймақтарында жатыр. Толқын диапазоны 0,77-ден 340 мкм аралығында. 340-100 мкм аралығындағы диапазон ұзын толқын, 100 - 15 мкм орташа толқын диапазонына, ал 15-тен 0,77 мкм дейінгі қысқа толқын ұзындығына жатады.
Инфрақызыл спектрдің қысқа толқынды бөлігі көрінетін жарыққа іргелес, ал толқындардың ұзын толқынды бөліктері ультра қысқа радиотолқынға өтеді. Инфрақызыл сәулелену түзу сызықты таралумен сипатталады, ол сынуға, шағылыстыруға және поляризацияға қабілетті. Көрінетін жарыққа мөлдір емес материалдардың ауқымын өтуге қабілетті.
Басқа сөзбен айтқанда, сәулелік жылу беруді тасымалдау ретінде сипаттауға боладыэлектромагниттік толқын энергиясы түріндегі жылу, бұл кезде процесс өзара сәулелену процесіндегі беттер арасында жүреді.
Интенсивтілік көрсеткіші беттердің өзара орналасуымен, денелердің сәуле шығару және сіңіру қабілетімен анықталады. Денелер арасындағы сәулелік жылу алмасудың конвекциялық және жылу өткізгіштік процестерінен айырмашылығы, жылуды вакуум арқылы жіберуге болады. Бұл құбылыстың басқалармен ұқсастығы әртүрлі температуралық индекстерге ие денелер арасындағы жылудың берілуіне байланысты.
Сәулелену ағыны
Денелер арасындағы сәулелік жылу алмасуда сәулелену ағындарының белгілі саны болады:
- Меншікті сәуле ағыны - E, ол температура индексі T және дененің оптикалық сипаттамаларына байланысты.
- Сәулелену ағындары.
- Сәулелену ағындарының жұтылатын, шағылысқан және берілетін түрлері. Қорытындысында олар Epad-ға тең.
Жылу алмасу жүретін орта радиацияны сіңіріп, өзіне тән сәулені енгізе алады.
Денелердің белгілі бір саны арасындағы сәулелік жылу алмасу тиімді сәуле ағынымен сипатталады:
EEF=E+EOTR=E+(1-A)EFAD. Кез келген температурада L=1, R=0 және O=0 индикаторлары бар денелер «абсолютті қара» деп аталады. Адам «қара радиация» ұғымын жасады. Ол дененің тепе-теңдігіне оның температуралық көрсеткіштерімен сәйкес келеді. Шығарылатын сәулелену энергиясы субъектінің немесе объектінің температурасы арқылы есептеледі, дененің табиғаты бұған әсер етпейді.
Заңдарды сақтауБольцман
1844-1906 жылдары Австрия империясының территориясында өмір сүрген Людвиг Больцман Стефан-Больцман заңын жасады. Ол адамға жылу алмасудың мәнін жақсырақ түсінуге және ақпаратпен жұмыс істеуге мүмкіндік берді, оны жылдар бойы жетілдірді. Оның тұжырымын қарастырыңыз.
Стефан-Больцман заңы абсолютті қара денелердің кейбір ерекшеліктерін сипаттайтын интегралдық заң. Ол қара дененің радиациялық қуатының тығыздығының оның температуралық индексіне тәуелділігін анықтауға мүмкіндік береді.
Заңға бағыну
Сәулелі жылу алмасу заңдары Стефан-Больцман заңына бағынады. Жылу өткізгіштік және конвекция арқылы жылу беру қарқындылығының деңгейі температураға пропорционал. Жылу ағынындағы сәулелену энергиясы төртінші дәрежедегі температураға пропорционал. Мынадай көрінеді:
q=σ A (T14 – T2 4).
Формуладағы q – жылу ағыны, А – дененің сәуле шығаратын энергия бетінің ауданы, T1 және T2 - денелер шығаратын температуралар және осы сәулені жұтатын орта.
Жоғарыда келтірілген жылу сәулелену заңы абсолютті қара дене (а.х.т.) жасаған идеалды сәулеленуді ғана нақты сипаттайды. Өмірде мұндай денелер іс жүзінде жоқ. Дегенмен, жалпақ қара беттер А. Ч. Т. Жеңіл денелердің сәулеленуі салыстырмалы түрде әлсіз.
Көптеген идеалдылықтан ауытқуды есепке алу үшін эмиссиялық коэффициент енгізілген.с.т. сомасы Стефан-Больцман заңын түсіндіретін өрнектің оң жақ компонентіне. Эмиссивтілік индексі бір мәннен кіші мәнге тең. Тегіс қара бет бұл коэффициентті 0,98-ге дейін жеткізе алады, ал металл айна 0,05-тен аспайды. Сондықтан жұтылулар қара денелер үшін жоғары, ал айнымалы денелер үшін төмен.
Сұр дене (с.т.) туралы
Жылу беруде сұр дене сияқты термин жиі айтылады. Бұл нысан толқын ұзындығына (жиілік) негізделмеген электромагниттік сәулеленудің спектрлік типті жұту коэффициенті бірден аз дене болып табылады.
Температурасы бірдей қара дененің сәулеленуінің спектрлік құрамына сәйкес жылу шығару бірдей. Сұр дене қара денеден энергиялық үйлесімділіктің төмен көрсеткішімен ерекшеленеді. С.т. спектрлік қаралық деңгейіне. толқын ұзындығы әсер етпейді. Көрінетін жарықта күйе, көмір және платина ұнтағы (қара) сұр денеге жақын.
Жылу беру білімін қолдану салалары
Айналамызда жылу шығару үнемі болып тұрады. Тұрғын және кеңсе үй-жайларында жылу сәулеленуімен айналысатын электр жылытқыштарын жиі кездестіруге болады, және біз оны спиральдың қызғылт жарқырауы түрінде көреміз - мұндай жылу көрінетінге жатады, ол көздің шетінде «тұрады». инфрақызыл спектр.
Бөлмені жылыту, шын мәнінде, инфрақызыл сәулеленудің көрінбейтін құрамдас бөлігімен айналысады. Түнгі көру құрылғысы қолданыладыжылу сәулелену көзі және қараңғыда жақсы жүруге мүмкіндік беретін инфрақызыл сәулеленуге сезімтал қабылдағыштар.
Күн энергиясы
Күн жылулық сипаттағы энергияның ең қуатты сәуле шығарушысы болып табылады. Ол біздің планетамызды жүз елу миллион шақырым қашықтықтан қыздырады. Көптеген жылдар бойы және жердің әртүрлі бөліктерінде орналасқан әртүрлі станциялар тіркеген күн радиациясының қарқындылығы шамамен 1,37 Вт/м2 сәйкес келеді.
Бұл Жер планетасындағы тіршілік көзі болып табылатын күн энергиясы. Қазіргі уақытта көптеген адамдар оны пайдаланудың ең тиімді әдісін табуға тырысуда. Енді біз тұрғын үйлерді жылытатын және күнделікті қажеттіліктерді энергиямен қамтамасыз ететін күн батареяларын білеміз.
Жабында
Қорытындылай келе, оқырман енді радиациялық жылу беруді анықтай алады. Бұл өмірдегі және табиғаттағы құбылысты сипаттаңыз. Сәулелену энергиясы мұндай құбылыста берілетін энергия толқынының негізгі сипаттамасы болып табылады және аталған формулалар оны қалай есептеу керектігін көрсетеді. Жалпы позицияда процестің өзі Стефан-Больцман заңына бағынады және оның сипатына қарай үш нысаны болуы мүмкін: түсетін сәулелену ағыны, өзіндік түрдегі сәулелену және шағылысатын, жұтылатын және берілетін.
