Siit leiab lugeja üldist teavet selle kohta, mis on soojusülekanne, ning käsitleb üksikasjalikult ka soojuskiirguse ülekande nähtust, selle järgimist teatud seadustele, protsessi iseärasusi, soojuse valemit, kasutamist inimese soojusülekandest ja selle liikumisest looduses.
Soojusvahetusele sisenemine
Kiirgava soojusülekande olemuse mõistmiseks peate esm alt mõistma selle olemust ja teadma, mis see on?
Soojusülekanne on sisemise tüübi energiaindeksi muutus ilma objekti või subjekti kallal töötamata ja ka ilma keha tööta. Selline protsess kulgeb alati kindlas suunas, nimelt: soojus läheb kõrgema temperatuuriindeksiga keh alt üle madalama temperatuuriindeksiga kehale. Kehadevahelise temperatuuri ühtlustamise saavutamisel protsess peatub ja see toimub soojusjuhtivuse, konvektsiooni ja kiirguse abil.
- Soojusjuhtivus on siseenergia ülekandmine ühelt kehafragmendilt teisele või kehade vahel, kui need kokku puutuvad.
- Konvektsioon on soojusülekanne, mis tulenebenergiaülekanne koos vedeliku või gaasi voogudega.
- Kiirgus on olemuselt elektromagnetiline, eraldub teatud temperatuuriga olekus oleva aine siseenergia tõttu.
Soojusvalem võimaldab teha arvutusi ülekantava energia hulga määramiseks, kuid mõõdetud väärtused sõltuvad käimasoleva protsessi iseloomust:
- Q=cmΔt=cm(t2 – t1) – küte ja jahutamine;
- Q=mλ – kristalliseerumine ja sulamine;
- Q=mr - auru kondenseerumine, keemine ja aurustumine;
- Q=mq – kütuse põlemine.
Keha ja temperatuuri vaheline seos
Et mõista, mis on kiirgussoojusülekanne, peate teadma põhilisi infrapunakiirguse füüsikaseadusi. Oluline on meeles pidada, et iga keha, mille temperatuur on absoluutarvudes üle nulli, kiirgab alati soojusenergiat. See asub elektromagnetiliste lainete infrapunaspektris.
Kuid erinevatel sama temperatuuriga kehadel on erinev võime kiirgada kiirgusenergiat. See omadus sõltub erinevatest teguritest, nagu: keha struktuur, olemus, kuju ja pinna seisund. Elektromagnetilise kiirguse olemus viitab kahekordsele korpuskulaarlainele. Elektromagnetilist tüüpi väljal on kvant iseloom ja selle kvante esindavad footonid. Aatomitega suheldes footonid neelduvad ja annavad oma energia elektronidele üle, footon kaob. Energiaeksponent termiline kõikumineaatom molekulis suureneb. Teisisõnu muudetakse kiiratav energia soojuseks.
Kiirgusenergiat peetakse peamiseks suuruseks ja seda tähistatakse märgiga W, mõõdetuna džaulides (J). Kiirgusvoog väljendab võimsuse keskmist väärtust ajavahemikul, mis on palju suurem kui võnkeperioodid (ajaühiku jooksul eralduv energia). Voo poolt väljastatav ühik on väljendatud džaulides sekundis (J / s), vatti (W) peetakse üldtunnustatud valikuks.
Sissejuhatus kiirgussoojusülekandesse
Nüüd nähtusest lähem alt. Kiirgussoojusülekanne on soojusvahetus, selle ülekandmise protsess ühelt keh alt teisele, millel on erinev temperatuuriindeks. Tekib infrapunakiirguse abil. See on elektromagnetiline ja asub elektromagnetilise iseloomuga lainespektri piirkondades. Lainevahemik jääb vahemikku 0,77 kuni 340 µm. Vahemikud 340–100 µm loetakse pikalaineks, 100–15 µm kuuluvad kesklaine vahemikku ja lühikesed lainepikkused 15–0,77 µm.
Infrapunaspektri lühilaineline osa külgneb nähtava valgusega ja lainete pikalainelised osad lähevad ultralühikeseks raadiolaineks. Infrapunakiirgust iseloomustab sirgjooneline levik, see on võimeline murduma, peegeldama ja polariseeruma. Võimeline läbistama mitmesuguseid materjale, mis on nähtavale valgusele läbipaistmatud.
Teisisõnu võib kiirgussoojusülekannet iseloomustada kui ülekannetsoojus elektromagnetlainete energia kujul, samal ajal kui protsess toimub vastastikuse kiirguse protsessis olevate pindade vahel.
Intensiivsusindeksi määrab pindade vastastikune paigutus, kehade kiirgus- ja neeldumisvõime. Kiirgussoojusülekanne kehade vahel erineb konvektsiooni- ja soojusjuhtivusprotsessidest selle poolest, et soojust saab suunata läbi vaakumi. Selle nähtuse sarnasus teistega tuleneb soojuse ülekandest erinevate temperatuuriindeksitega kehade vahel.
Kiirgusvoog
Kiirgussoojusülekandel kehade vahel on teatud arv kiirgusvooge:
- Sisemine kiirgusvoog – E, mis sõltub temperatuuriindeksist T ja keha optilistest omadustest.
- Lõppuva kiirguse vood.
- Neeldunud, peegeldunud ja edastatud kiirgusvoogude tüübid. Kokkuvõttes on need võrdsed Epad.
Keskkond, kus soojusvahetus toimub, võib neelata kiirgust ja tekitada oma.
Kiirgussoojusvahetust teatud arvu kehade vahel kirjeldab efektiivne kiirgusvoog:
EEF=E+EOTR=E+(1-A)EFAD. Kõikidel temperatuuridel olevaid kehasid, mille indikaatorid on L=1, R=0 ja O=0, nimetatakse "absoluutselt mustaks". Inimene lõi mõiste "musta kiirgus". See vastab oma temperatuuriindikaatoritele keha tasakaalule. Väljastatud kiirgusenergia arvutamisel kasutatakse subjekti või objekti temperatuuri, keha iseloom seda ei mõjuta.
Seaduste järgimineBoltzmann
Ludwig Boltzmann, kes elas Austria impeeriumi territooriumil aastatel 1844–1906, lõi Stefan-Boltzmanni seaduse. Just tema võimaldas inimesel paremini mõista soojusvahetuse olemust ja opereerida teabega, täiustades seda aastate jooksul. Mõelge selle sõnastusele.
Stefan-Boltzmanni seadus on terviklik seadus, mis kirjeldab mõningaid absoluutselt mustade kehade tunnuseid. See võimaldab teil määrata musta keha kiirgusvõimsuse tiheduse sõltuvust selle temperatuuriindeksist.
Seaduse järgimine
Kiirgava soojusülekande seadused järgivad Stefan-Boltzmanni seadust. Soojusjuhtivuse ja konvektsiooni kaudu toimuva soojusülekande intensiivsuse tase on võrdeline temperatuuriga. Kiirgusenergia soojusvoos on võrdeline temperatuuriga neljanda astmeni. See näeb välja selline:
q=σ A (T14 – T2 4).
Valemis on q soojusvoog, A on energiat kiirgava keha pindala, T1 ja T2 on temperatuurid, mis kiirgavad kehasid ja keskkonda, mis seda kiirgust neelab.
Ül altoodud soojuskiirguse seadus kirjeldab täpselt ainult absoluutselt musta keha (a.h.t.) tekitatud ideaalset kiirgust. Elus selliseid kehasid praktiliselt pole. Lamedad mustad pinnad lähenevad aga A. Ch. T. Valguskehade kiirgus on suhteliselt nõrk.
Kasutusele on võetud emissioonitegur, et võtta arvesse paljude ideaalsusest kõrvalekalletsumma s.t. Stefan-Boltzmanni seadust selgitava väljendi õigesse komponenti. Emissiivsuse indeks on võrdne väärtusega, mis on väiksem kui üks. Lame must pind võib selle koefitsiendi tuua kuni 0,98, metallist peegel aga ei ületa 0,05. Seetõttu on mustade kehade puhul neelduvus kõrge ja särikujuliste kehade puhul madal.
Halli keha (s.t.) kohta
Soojusülekandes on sageli mainitud sellist terminit nagu hall keha. See objekt on keha, mille elektromagnetilise kiirguse spektra altüüpi neeldumistegur on väiksem kui üks, mis ei põhine lainepikkusel (sagedusel).
Soojuse emissioon on sama temperatuuriga musta keha kiirguse spektraalkoostise järgi sama. Hall keha erineb mustast madalama energiasobivuse näitaja poolest. Spektraalse mustuse tasemeni s.t. lainepikkust see ei mõjuta. Nähtavas valguses on tahm, kivisüsi ja plaatinapulber (must) halli keha lähedal.
Soojusülekande teadmiste rakendusvaldkonnad
Meie ümber eraldub pidev alt soojust. Elu- ja bürooruumides võib sageli leida soojuskiirgusega tegelevaid elektrisoojendeid ja me näeme seda spiraali punaka helgi kujul - selline soojus kuulub nähtavale, see "seisab" soojuskiirguse servas. infrapunaspekter.
Ruumi soojendamine on tegelikult seotud infrapunakiirguse nähtamatu komponendiga. Kehtib öövaatlusseadesoojuskiirguse allikas ja infrapunakiirgusele tundlikud vastuvõtjad, mis võimaldavad teil pimedas hästi navigeerida.
Päikeseenergia
Päike on õigustatult võimsaim termilise energia kiirgaja. See soojendab meie planeeti saja viiekümne miljoni kilomeetri kauguselt. Päikesekiirguse intensiivsus, mida on registreeritud juba aastaid ja mida on registreerinud erinevad jaamad, mis asuvad erinevates maakera osades, vastab ligikaudu 1,37 W/m2.
Päikese energia on planeedil Maa eluallikaks. Praegu on paljud meeled hõivatud, püüdes leida kõige tõhusamat viisi selle kasutamiseks. Nüüd teame päikesepaneele, millega saab kütta elamuid ja pakkuda energiat igapäevasteks vajadusteks.
Lõpetuseks
Kokkuvõttes saab lugeja nüüd määratleda kiirgussoojusülekande. Kirjeldage seda nähtust elus ja looduses. Kiirgusenergia on sellise nähtuse puhul ülekantava energialaine peamine omadus ja loetletud valemid näitavad, kuidas seda arvutada. Üldiselt järgib protsess ise Stefan-Boltzmanni seadust ja sellel võib olenev alt selle olemusest olla kolm vormi: langeva kiirguse voog, oma tüüpi kiirgus ning peegeldunud, neelduv ja edastatav.
