Тепловое излучение бжд кратко

Обновлено: 05.07.2024

Тепловое излучение — это электромагнитные волны, испускаемые электрически заряженными частицами в результате их теплового движения в веществе.

Металлические стержни, нагретые в плавильной печи, светятся ярким светом. Это тепловое излучение. Испускают ли тепловое излучение только тела с очень высокой температурой? Оказывается, любое тело с температурой выше абсолютного нуля является источником этого излучения. Почему же мы не видим этого излучения, исходящего от окружающих нас объектов? Ответ вы найдете в этой статье.

Причины возникновения теплового излучения и его свойства

Все тела с температурой выше абсолютного нуля ( -273,15 ℃, 0К ) испускают тепловое излучение. Электромагнитные волны, падающие на тело, могут быть поглощены им. Чем больше энергии поглощает тело при постоянной температуре, тем больше энергии оно излучает. Отношение поглощенного и испущенного излучения не зависит от природы тела — для всех тел это одна и та же функция температуры и длины волны.

Почему мы видим тепловое излучение только для сильно нагретых тел, таких как металлический стержень в плавильной печи?

Свет — это электромагнитная волна. Каждому цвету света соответствует своя длина волны. Красный свет имеет наибольшую длину волны, синий и фиолетовый — наименьшую. Белый свет — это смесь всех цветов, которые проявляются в радуге, образующейся при расщеплении белого света на капельках воды в атмосфере (рис. 1.).

Рис. 1. Радуга. Каждому цвету света соответствует своя длина волны, от самой высокой для красного света до самой низкой для фиолетового

Когда вы нагреваете металлический стержень, например, над газовой горелкой, примерно до 500°C, вы заметите, что он начинает светиться красным светом. По мере увеличения температуры стержня цвет света меняется на оранжевый, желтый и затем белый. Повышение температуры вызывает излучение электромагнитных волн со все более короткой длиной волны. Одновременно с повышением температуры стержень светит все интенсивнее — мы говорим, что увеличивается облученность, т.е. энергия излучения, выделяемая в течение 1 секунды на 1 м 2 поверхности тела.

Все горячие тела светятся. Оказывается, низкотемпературные тела, которые не светятся видимым светом, также испускают излучение, но в диапазоне длин волн больше, чем видимый свет. Это излучение называется инфракрасным излучением. Он невидим для наших глаз, но несет в себе тепловую энергию. Инфракрасное излучение используется, например, для нагревания тела с помощью специальной инфракрасной лампы (рис. 2.). Мы видим, что лампа светит довольно слабым красным светом, но гораздо более интенсивным является ее излучение в инфракрасном диапазоне, невидимом для нас. Мы можем ощущать его воздействие только в виде нагрева тела.

Рис. 2. Инфракрасная лечебная лампа испускает тепловое излучение в основном в более длинноволновом диапазоне, чем видимый свет.

Этот пример показывает, что тепловое излучение не ограничивается узким диапазоном длин волн. Тела испускают излучение любой длины волны в очень широком диапазоне от ультрафиолетового до инфракрасного, но максимум этого излучения приходится на определенный диапазон длин волн, зависящий от температуры.

Так, в инфракрасной лампе максимум излучения приходится на диапазон длин волн, соответствующий инфракрасному излучению, а в других диапазонах излучение намного слабее. Когда металлический стержень нагревается до красного цвета, в дополнение к красному свету, который мы видим, также испускается инфракрасное излучение, которое ощущается как ощущение тепла. Дальнейшее повышение температуры приводит к увеличению доли коротких длин волн, в результате чего цвет стержня меняется на желтый, а затем на белый. Стержень по-прежнему излучает красный свет и инфракрасное излучение, но их доля в общем излучении меньше.

Солнечный свет, излучаемый поверхностью Солнца при температуре около 6000 К, содержит видимый свет во всем диапазоне длин волн, а также невидимое для нас ультрафиолетовое излучение (УФ) с длинами волн короче, чем у видимого света. Именно благодаря этому излучению мы загораем.

В чем причина того, что преобладающая длина волны теплового излучения уменьшается с повышением температуры? Повышение температуры означает увеличение средней кинетической энергии молекул и, следовательно, увеличение средней энергии излучения, испускаемого частицами. Чем больше энергия излучения, тем короче длина волны.

Спектр теплового излучения

Рис. 3. Столкновение двух галактик запечатлено телескопом Хаббл. Источник фото — ESA

Из опыта мы знаем, что тела при очень высоких температурах, такие как жидкий металл или фотосфера Солнца, светятся белым светом. Если пропустить этот свет через призму, он расщепляется на разные цвета (рис. 4). Каждый цвет соответствует своей длине электромагнитной волны, от 400 нм для фиолетового света до 700 нм для красного. Разделив белый свет на отдельные цвета, мы получим спектр белого света (рис. 5).

Рис. 4. Свет расщепляется в призме на отдельные цвета, создавая спектр белого света Рис. 5. Спектр белого света

Спектр излучения — это записанное изображение излучения, распределенного по различным длинам волн.

Расщепление белого света показывает, из каких цветов состоит свет, но не дает информации о том, какова мощность излучения во всех последовательных местах цветового спектра. Для более тщательного изучения спектра излучения необходимо перемещать датчик, например, фотоэлемент, вдоль спектра для измерения мощности для каждой длины волны. Измеренное количество энергии излучения в определенных диапазонах длин волн света позволяет построить кривую спектрального распределения (рис. 6.).

Рис. 6. Кривая спектрального распределения показывает измеренную энергию излучения в определенных спектральных диапазонах

На рис. 7 показана кривая спектрального распределения солнечного излучения. На вертикальной оси отмечена энергия излучения в интервале длин волн (λ, λ + Δλ), испускаемая в единицу времени, на горизонтальной оси отмечена длина волны излучения λ с диапазоном длин волн видимого света. Излучение Солнца выходит далеко за пределы этого диапазона. Оно содержит ультрафиолетовое излучение с длиной волны короче, чем у видимого света, и инфракрасное излучение с длиной волны больше, чем у видимого света. В солнечном излучении содержатся все длины волн видимого света, поэтому мы воспринимаем солнечный свет как белый.

Рис. 7. Кривая спектрального распределения солнечного излучения — зависимость интенсивности излучения от длины волны

Максимум графика находится на длине волны около 500 нм, что соответствует зеленому цвету.

Положение максимума излучения определяется температурой тела, испускающего излучение. Чем выше температура, тем меньше длина волны максимума излучения (рис. 8.). По этой причине, когда нагретое тело начинает светиться, оно сначала светится красным светом, а по мере повышения температуры цвет меняется на желтый и, наконец, на белый, поскольку увеличивается доля света более коротких длин волн.

Рис. 8. Кривые спектрального распределения теплового излучения для различных температур излучающего тела

Излучение, испускаемое людьми и большинством окружающих нас предметов, не видно, поскольку максимум излучения лежит в инфракрасном диапазоне. Наши глаза не могут воспринимать такое излучение, но его можно обнаружить с помощью тепловизионной камеры, которая регистрирует инфракрасное излучение.

Кривые спектрального распределения теплового излучения для более высоких температур выше, чем для более низких. Это означает, что с увеличением температуры тела общая энергия излучения увеличивается. Область под графиком (см. рисунок 7) — это мера общей энергии, излучаемой единицей площади тела. Энергия, излучаемая единичной поверхностью, сильно зависит от температуры. Вот почему тела с очень высокой температурой светятся намного ярче, чем тела с более низкой температурой.

Формулы, которые отражают зависимость теплового излучения от температуры

Итак, максимум кривой спектрального распределения излучения смещается в сторону более коротких длин волн с увеличением температуры. Длина волны λ_max, соответствующая максимуму излучения, обратно пропорциональна абсолютной температуре тела: λ_max = b / T, где b = 2,898 * 10 -3 м·К — коэффициент пропорциональности (постоянная Вина). Эта формула называется законом смещения Вина.

Анализ графиков на рис. 8 позволяет сделать еще один вывод. Мы видим, что кривые для более высоких температур лежат все выше и выше. Это означает, что с повышением температуры тела общая энергия излучения увеличивается. Эти отношения очень прочные. Энергия излучения прямо пропорциональна T 4 . Зависимость энергии излучения от температуры, называемая законом Стефана — Больцмана, имеет следующий вид: E = σ * T 4 , где

где E — энергия, излучаемая с единицы площади тела и в единицу времени, T — температура по шкале Кельвина, и σ — постоянная Стефана — Больцмана, которая равна: σ = 5,67 — 10 -8 Вт / (м 2 · К 4 ).

Знание кривой спектрального распределения позволяет определить температуру далекого светящегося объекта. Если мы определим длину волны, соответствующую максимуму кривой, затем, после преобразования формулы Вина, получаем значение температуры объекта: T = b / λ_max .

Таким образом, не покидая Земли, определяется температура Солнца и других звезд. Оказывается, наше Солнце излучает так, что кривая спектрального распределения соответствует температуре около 5800 К — средней температуре поверхности Солнца.

Если мы знаем расстояние до звезды, мы можем вычислить ее диаметр на основе анализа теплового излучения. Интенсивность излучения уменьшается с расстоянием, но, зная расстояние, мы можем рассчитать полную энергию, излучаемую звездой. Теперь достаточно разделить общую энергию на энергию, излучаемую на единицу площади, полученную из закона Стефана-Больцмана, чтобы получить площадь диска звезды, с которой излучение достигает нас.

Тепловое излучение – это электромагнитное излучение, испускаемое веществом (телом) за счет его внутренней энергии, в том числе пламенем на пожаре; определяется термодинамической температурой и оптическими свойствами вещества.

Тепловое излучение представляет собой перенос энергии электромагнитными волнами в относительно узком спектральном интервале, включающем в себя видимый свет и часть инфракрасной области, а также создает тепловой поток от очага пожара к окружающим объектам при длинах волн в интервале 0,4–100 мкм. Для реальных пожаров тепловое излучение является доминирующей составляющей теплообмена.

Для восприятия теплового излучения как признака пожара (горения) служат тепловые извещатели пожарные, на базе которых действуют соответствующие установки пожарной сигнализации, осуществляющие обнаружение пожара с выдачей сигналов и команд, в том числе на срабатывание системы оповещения и управления эвакуацией людей при пожаре.

Тепловое излучение, воздействующее на людей и материальные ценности, является первичным опасным фактором пожара.

Источник: Пожар в помещении. Молчадский И.С. – М., 2005.

Взаимодействие между собой заряженных веществ приводит к появлению электромагнитного поля. В свою очередь, оно вызывает ряд возмущений в пространстве. Одно из них — тепловое излучение. Происходит оно за счёт внутренней энергии тел, которой обладает любой нагретый физический объект. Причиной же этому является природная особенность устройства атомов и молекул.

Общие сведения

В начале XIX века английский астроном и оптик Вильям Гершель, используя призму, наблюдал преломление солнечного света. В итоге он смог обнаружить, что тела при повышении температуры обладают излучением.

Лежало оно за пределами красной части спектра и получило название инфракрасное. Этот вид, как оказалось, в дальнейшем, был связан с природой колебаний атомов в кристаллической решётке и стал синонимом тепловому излучению.

Гершель установил, что инфракрасный свет подчиняется всем известным законам оптики. Через более чем сто лет советская учёная Глаголева-Аркадьева смогла получить опытным путём радиоволны, лежащие в области излучения совпадающим с тепловым. Это позволило заключить, что инфракрасный поток является разновидностью электромагнитной волны.

Условно тепловое излучение разделяют на три группы:

коротковолновое — длина волны лежит в пределах от 0,74 мкм до 2,5 мкм;
средневолновое — диапазон излучения находится в промежутке от 2,5 мкм до 50 мкм;
длинноволновое — занимает участок электромагнитных волн от 60 мкм до 10 мкм.

Как оказалось, инфракрасные лучи создаёт и тело человека. Но тепловое излучение оно может не только излучать, но и воспринимать. Оптик Харди предположил, что человек способен излучать в области характерной для абсолютно чёрного тела. Причём длина волны не зависит от возраста и других особенностей строения человеческого организма. Поэтому коэффициент излучения кожи приняли равным единице. Но практические исследования показали, что различия всё же есть. Оно несущественное и зависит от окружающей обстановки. Так, при температуре помещения 22 °C излучение уже нельзя отнести к коротковолновому.

Инфракрасный спектр наблюдается в вакууме. Его испускание можно обнаружить у нагретого металла, в земной атмосфере, на поверхности белого карлика. Оказалось, что излучение разных тел отличается не только длиной волны, но и интенсивностью. Но при этом наступает такой момент, когда физический объект находится в состоянии термодинамического равновесия. В этот момент неизменной остаётся не только температура, но и давление, объём, энтропия. Такое состояние часто называют равновесным. По сути, оно соответствует излучению спектра абсолютно чёрного тела и описывается формулой Планка.

Природа явления

Любое излучение не может существовать само по себе. Для его появления необходим источник. Испускаемое им излучение уносит энергию, которая после может принимать любой вид. Изучая закономерности тепловых лучей, учёные пытались установить связь между ними и световыми волнами. Простой опыт показывал, что если нагретое тело поместить в замкнутое пространство с зеркальными стенами, то через время все поверхности станут одинаковой температуры. Наступит тепловое равновесие.

После того как было изучено строение тел, открыты элементарные частицы и кристаллическая решётка, стало ясно, что любое твёрдое тело является излучателем электромагнитной волны. Обусловлено оно тем, что свободные частицы в равновесном состоянии обладают именно энергией, полученной за счёт тепловых колебаний. При этом обусловлено оно возбуждением атомов и молекул при соударениях.

Возбуждение частиц происходит за счёт того, что частицы, находящиеся на более высоком энергетическом уровне, сталкиваясь с молекулами, отдают им часть своей энергии. Но так как любая система всегда стремится занять энергетически наиболее выгодное состояние, то возбуждённые носители зарядов стремятся вернуться в предыдущее состояние, испуская при этом электромагнитную волну.

Естественно, теплоизлучение — это интенсивный процесс, но при этом зависящий от окружающих источник температур. Установлено, что вне зависимости от возникновения величина излучения снижается с уменьшением температуры. При достижении абсолютного нуля движение частиц прекращается. Следовательно, электромагнитная волна телом не генерируется, но в то же время оно остаётся способным поглощать энергию извне.

В зависимости от механизма тепловые колебания описываются следующим характеристиками:

Мощность. Показывает количество энергии, которое способно испустить тело за единицу времени: F = Δ W / Δ t.
Светимость. Определяет величину энергии, которую тело может излучать за одну секунду с поверхности равной одному квадратному метру: R = F / S.
Спектральной плотностью. Описывает, по какому закону происходит распределение энергии по спектру: r = dR / dj .
Коэффициент монохромного поглощения. Находится как отношение поглощённого потока к падающему на тело в единичном интервале длин волн: j = Fпог / F пад.

Она нашла широкое практическое применение. Например, стало возможным узнать, сколько микрометров будет составлять излучение, исходящее от человека. Она равняется 9,35 мкм. Это действительно инфракрасное невидимое излучение. Знание этой величины даёт возможность использовать специальные приборы, позволяющие фиксировать отклонения теплового излучения.

В медицине с их помощью исследуют кровь, пульс. Кроме того, оказывая воздействие правильно подобранным нетепловым излучением на кожные рецепторы улучшают кровообращение, процессы метаболизма.

Зная каков механизм потери тепла излучением и пик длины волны можно создать лазер, эффективный измеритель температуры — пирометр. С помощью последнего возможно провести интересный эксперимент. Можно взять стальную пластину шероховатую, с одной стороны, а с другой — отшлифованную. Если её нагреть до 100 0 С, а потом замерить температуру пирометром, то можно увидеть, что результат измерения будет у разных сторон различаться. На шероховатой стороне количество излучаемой энергии выше. Объясняется этот эффект поверхностной плотностью, то есть поглощающей способностью.

Закон Стефана — Больцмана

Над энергией излучения чёрного тела в своё время задумались два физика Джозеф Стефан и Людвиг Больцман. Они смогли вывести формулу, которая описывала, как с увеличением температуры возрастает излучаемая энергия. На их законе основан принцип работы тепловизора. Это устройство с экраном, на который выводится изображение изучаемой поверхности тела. При этом в зависимости от мощности излучения участки тела имеют разный цвет. Так, наименьшая отображается синими тонами и соответствует холодным участкам. Наибольшая — красным цветом (нагретые места).

Формула, полученная физиками, выглядит так: R = σ * T 4 . Где:

T — Абсолютная температура в кельвинах [K];
σ - постоянная Стефана — Больцмана равная 5,67 * 10 -8 Вт / (м 2 * К);
R — энергетическая светимость тела измеряемая в ваттах делённых на квадратный метр [Вт /м 2 ].

С помощью этой формулы, зная температуру тела, например, лампы накаливания, можно рассчитать, сколько энергии будет излучаться в пространство. Интересным фактом является то, что если предмет нагреть в два раза, то его тепловое испускание возрастёт в 16 раз. По сути, формула позволяет представить, какую энергию будет излучать в единицу времени тело площадью один квадратный метр. Другими словами, узнать отдаваемую мощность.

Таким образом, закон Стефана — Больцмана представляет зависимость интенсивности излучения, а формула Вина определяет частоту испускаемой волны. Инфракрасное испускание — это основной механизм передачи тепла происходящий с помощью лучистой энергии. Его часто называют тепловой радиацией облучения.

Тепловые лучи распространяются подобно световым лучам. Они передают энергию как излучение, а также проходят в безвоздушном пространстве. Например, тепловое излучение Земли состоит из баланса энергий процессов теплопередачи, излучения в атмосфере и на поверхности планеты. Основной приток энергии обеспечивают солнечные лучи, распространяющиеся в диапазоне от 0,1 до 4 мкм.

Способность тепловосприятия зависит от вида поверхности. Так, тела с тёмной и шероховатой нагреваются сильнее, чем светлые и гладкие тела. Они поглощают большую часть теплового излучения. В качестве примеров можно привести, нагрев тёмных волос, одежды солнечным светом. Но при этом, тёмные тела излучают и больше тепла по сравнению со светлыми.

Приборы для измерения тепловых потоков и температуры. Принципы воздействия теплового излучения на человека и нормативные требования по допустимым параметрам излучения. Интенсивности тепловых излучений в зависимости от расстояния объекта до источника.

Рубрика	Безопасность жизнедеятельности и охрана труда
Вид	лабораторная работа
Язык	русский
Дата добавления	09.12.2014
Размер файла	19,2 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Санкт-Петербургский Государственный Электротехнический Университет

Отчет к лабораторной работе №18 по БЖД

“Защита от теплового излучения”

Выполнила: Терещенко С.

Проверил: Иванов А.Н.

Цели работы:

- ознакомление с методиками и приборами для измерения тепловых потоков и температуры

- ознакомление с принципами воздействия теплового излучения на человека и нормативными требованиями по допустимым параметрам такого излучение

- исследование интенсивности тепловых излучений в зависимости от расстояния до источника и оценка эффективности защиты с помощью экранов и воздушной завесы

- ознакомление с методикой оценки условий труда на рабочем месте по параметрам нагревающего микроклимата

Краткое описание лабораторной установки

Установка представляет собой стол, на котором размещаются бытовой электрокамин, индикаторный блок, линейка, стойки для установки сменных экранов, стойка для установки измерительных головой измерителя тепловых потоков. Бытовой электрокамин используется в качестве источника теплового излучения, бытовой пылесос - для создания вытяжной вентиляции, воздушного душа или воздушной завесы и устанавливается под столом стенда. Измерительные головки крепятся к вертикальной стойке, которая закреплена на плоском основании. Металлическая линейка предназначена для измерения расстояния от источника теплового излучения до измерительной головки. Сменные экраны имею один размер. Металлические экраны выполнены в виде листов металла с направляющими или в виде металлических рамок, в которых закреплены цепи или брезент. Портативный измеритель ИПП-2М служит для измерения по ГОСТ 25380-82 плотности тепловых потоков, а также для измерения поверхностной температуры. Он состоит из показывающего блока, объединенных общей розеткой выносных зондов теплового потока и температуры, соединительного кабеля. тепловой излучение человек интенсивность

Основные понятия изучаемые физические величины

Нагревающий микроклимат - сочетание параметров микроклимата (температура воздуха, влажность, скорость его движения, относительная влажность, тепловое излучение), при котором имеет место нарушение теплообмена человека с окружающей средой, выражающееся в накоплении тепла в организме выше верхней границы оптимального значения и/или увеличении доли потерь тепла испарением пота в общей структуре теплового баланса, в появлении общих или локальных дискомфортных теплоощущений.

Тепловой обмен организма человека с окружающей средой заключается во взаимосвязи между образованием тепла в результате жизнедеятельности организма и отдачей им этого тепла во внешнюю среду. Отдача тепла осуществляется в основном 3 способами конвекцией, испарением и излучением. Лучистый теплообмен представляет собой процесс распространения внутренней энергии, которая излучается в виде электромагнитных волн в видимой и инфракрасной областях спектра.

Интенсивность теплового излучения, Q, Вт\м2 зависит от температуры излучающей поверхности, площади излучающей поверхности и расстояния от излучающей поверхности.

Воздействие ИК-лучей приводит к перегреву организма и тем быстрее, чем больше мощность излучения, выше температура и влажность воздуха в рабочем помещении, а также интенсивность выполняемой работы. Также ИК-излучение обладает специфическим влиянием на организм человека. Важной особенностью ИК-излучения является его способность проникать в живую ткань на разную глубину. Излучение может привести к возникновению специфического заболевания - теплового удара, проявляющегося в потере сознания, головной боли, головокружении, учащении пульса, ускорении дыхания, нарушении сердечной деятельности и т.д.

- 35 Вт/м2 при облучении более 50% поверхности тела

- 70 Вт/м2 при облучении от 25 до 50 % поверхности тела

- 100 Вт/м2 при облучении не более 25% поверхности тела

Нормы ограничивают также температуру нагретых поверхностей оборудования в рабочей зоне, которая не должна превышать 45 С, а для оборудования, внутри которого температура близка к 100 С, температура на его поверхности должна быть не выше 35 С.

Защита от вредного ИК-излучения

Одним из самых распространенных способов борьбы с тепловым излучением является экранирование излучающих поверхностей. Различают экраны 3 типов: непрозрачные, прозрачные и полупрозрачные.

В непрозрачных экранах поглощаемая энергия электромагнитных колебаний, взаимодействия с веществом экрана, превращается в тепловую энергию - экран нагревается и становится источником излучения. К непрозрачным экранам относятся металлические (в т.ч. алюминиевые), из алюминиевой фольги, из пенобетона, керамзита и других материалов. В прозрачных экранах излучение минует стадию превращения в тепловую энергию и распространяется внутри него по законами геометрической оптики, что обеспечивает видимость через экран. Это характерно для экранов из различных стекол. Полупрозрачные экраны объединяют в себе свойства прозрачных и непрозрачных экранов. К ним относятся металлические сетки, цепные завесы и др.

По принципу действия экраны делятся на теплоотражающие, теплопоглощающие и теплоотводящие. Это деление условно, поскольку каждый экран одновременно обладает

способностью отражать, поглощать и отводить тепло.

Теплоотражающие экраны имеют низкую степень черноты поверхностей, поэтому они отражают значительную часть попадающей на неё лучистой энергии. Теплопоглощающими называют экраны, выполненные из материалов с высоким термическим сопротивлением (малым коэффициентом теплопроводности). Теплоотводящие экраны должны выполняться таким образом, чтобы избыточное тепло отводилось каким-то образом (например, водяная завеса).

В тепловое излучение Это энергия, передаваемая телом благодаря его температуре и в инфракрасных длинах волн электромагнитного спектра. Все тела без исключения излучают инфракрасное излучение, независимо от того, насколько низка их температура.

Бывает, что, когда они находятся в ускоренном движении, электрически заряженные частицы колеблются и благодаря своей кинетической энергии непрерывно излучают электромагнитные волны.

Единственный способ, которым тело не испускает теплового излучения, - это полное покой его частиц. Таким образом, его температура будет равна 0 по шкале Кельвина, но снижение температуры объекта до такой точки - это то, что еще не достигнуто.

Свойства теплового излучения

Примечательным свойством, которое отличает этот механизм теплопередачи от других, является то, что для его создания не требуется материальная среда. Таким образом, энергия, излучаемая Солнцем, например, проходит 150 миллионов километров в космосе и непрерывно достигает Земли.

Существует математическая модель, чтобы узнать количество тепловой энергии, которую излучает объект в единицу времени:

Это уравнение известно под названием закона Стефана, и появляются следующие величины:

–Тепловая энергия в единицу временип, которая известна как мощность, а единицей измерения в Международной системе единиц является ватт или ватт (Вт).

-The Поверхностная область объекта, излучающего тепло К, в квадратных метрах.

-Постоянная, звонок Константа Стефана-Больцмана, обозначаемый σ и значение которого составляет 5,66963 x10 -8 Вт / м 2 K 4 ,

-The излучательная способность (также называетсяэмиссия) объекта а также, безразмерная величина (без единиц измерения), значение которой находится в диапазоне от 0 до 1. Это связано с природой материала: например, зеркало имеет низкий коэффициент излучения, а очень темное тело имеет высокий коэффициент излучения.

-И наконец температураТ в кельвинах.

Примеры теплового излучения

Согласно закону Стефана, скорость, с которой объект излучает энергию, пропорциональна площади, излучательной способности и четвертой степени температуры.

Поскольку скорость излучения тепловой энергии зависит от четвертой степени Т, ясно, что небольшие изменения температуры будут иметь огромное влияние на испускаемое излучение. Например, если температура увеличится вдвое, излучение увеличится в 16 раз.

Частный случай закона Стефана - идеальный радиатор, полностью непрозрачный объект, называемый черное тело, коэффициент излучения которого равен 1. В этом случае закон Стефана выглядит так:

Бывает, что закон Стефана - это математическая модель, которая примерно описывает излучение, испускаемое любым объектом, поскольку считает коэффициент излучения постоянной.Коэффициент излучения фактически зависит от длины волны излучаемого излучения, качества поверхности и других факторов.

При рассмотрении а также как константа и применяется закон Стефана, как указано в начале, то объект называется серое тело.

Значения коэффициента излучения для некоторых веществ, считающихся серым телом, следующие:

-Полированный алюминий 0,05

-Черный карбон 0,95

-Человеческая кожа любого цвета 0.97

-Медь от 0,015 до 0,025

-Сталь от 0,06 до 0,25

Тепловое излучение Солнца

Наглядным примером объекта, излучающего тепловое излучение, является Солнце. По оценкам, каждую секунду примерно 1370 Дж энергии в форме электромагнитного излучения достигает Земли от Солнца.

Это значение известно как солнечная постоянная И у каждой планеты есть по одному, что зависит от ее среднего расстояния от Солнца.

Это излучение проходит перпендикулярно через каждые m 2 атмосферных слоев и находится распределенным в разных длинах волн.

Почти все они поступают в виде видимого света, но большая часть приходит в виде инфракрасного излучения, которое мы воспринимаем как тепло, а некоторые также как ультрафиолетовые лучи. Это большое количество энергии, достаточное для удовлетворения потребностей планеты, чтобы уловить ее и использовать должным образом.

С точки зрения длины волны, это диапазоны, в которых находится солнечное излучение, достигающее Земли:

–Инфракрасный, которое мы воспринимаем как тепло: 100 - 0,7 мкм *

–Видимый свет, от 0,7 до 0,4 мкм

–Ультрафиолетовый, менее 0,4 мкм

* 1 мкм = 1 микрометр или одна миллионная метра.

Закон Вина

На изображении ниже показано распределение излучения по длине волны для различных температур. Распределение подчиняется закону смещения Вина, согласно которому длина волны максимального излучения λ_{Максимум} обратно пропорциональна температуре T в кельвинах:

λ_{Максимум} Т = 2 898. 10 −3 m⋅K

Как мы уже видели, Солнце имеет температуру поверхности приблизительно 5700 К и излучает в основном более короткие волны. Кривая, которая наиболее близко соответствует кривой Солнца, - это кривая 5000 К, синяя и, конечно же, имеет максимум в диапазоне видимого света. Но он также излучает значительную часть инфракрасного и ультрафиолетового излучения.

Применение теплового излучения

Солнечная энергия

Большое количество энергии, излучаемой Солнцем, может храниться в устройствах, называемых коллекционеры, а затем преобразовать ее и использовать как электрическую энергию.

Инфракрасные камеры

Это камеры, которые, как следует из названия, работают в инфракрасной области, а не в видимом свете, как обычные камеры. Они используют тот факт, что все тела испускают тепловое излучение в большей или меньшей степени в зависимости от их температуры.

Пирометрия

Если температуры очень высокие, измерять их ртутным термометром - не лучший вариант. Для этого пирометры, с помощью которого определяется температура объекта, зная его коэффициент излучения, благодаря излучению электромагнитного сигнала.

Астрономия

Звездный свет очень хорошо моделируется с помощью приближения черного тела, как и вся Вселенная. Со своей стороны, закон Вина часто используется в астрономии для определения температуры звезд в соответствии с длиной волны излучаемого ими света.

Военная промышленность

Ракеты направляются на цель с помощью инфракрасных сигналов, которые стремятся обнаружить самые горячие участки в самолетах, такие как, например, двигатели.

Ссылки

Значение гражданской ассоциации

Переэтерификация: механизм, в жирных кислотах, в микроводорослях, использование

Читайте также: