Qui il lettore troverà informazioni generali su cosa sia il trasferimento di calore, e considererà anche in dettaglio il fenomeno del trasferimento di calore radiante, la sua obbedienza a determinate leggi, le caratteristiche del processo, la formula del calore, l'uso del trasferimento di calore da parte dell'uomo e del suo flusso in natura.
Entrata nello scambio termico
Per comprendere l'essenza del trasferimento di calore radiante, devi prima comprenderne l'essenza e sapere di cosa si tratta?
Il trasferimento di calore è una variazione dell'indice energetico di tipo interno senza lavoro sull'oggetto o sul soggetto, e anche senza lavoro svolto dal corpo. Tale processo procede sempre in una direzione precisa, ovvero: il calore passa da un corpo con un indice di temperatura più alto ad un corpo con uno più basso. Al raggiungimento dell'equalizzazione delle temperature tra i corpi, il processo si interrompe e viene eseguito con l'aiuto della conduzione del calore, della convezione e dell'irraggiamento.
- La conduzione termica è il processo di trasferimento dell'energia interna da un frammento corporeo all' altro o tra i corpi quando entrano in contatto.
- La convezione è il trasferimento di calore risultante datrasferimento di energia insieme a flussi di liquidi o gas.
- Le radiazioni sono di natura elettromagnetica, emesse a causa dell'energia interna di una sostanza che si trova in uno stato di una certa temperatura.
La formula del calore consente di effettuare calcoli per determinare la quantità di energia trasferita, tuttavia i valori misurati dipendono dalla natura del processo in corso:
- Q=cmΔt=cm(t2 – t1) – riscaldamento e raffreddamento;
- Q=mλ – cristallizzazione e fusione;
- Q=mr - condensazione vapore, ebollizione ed evaporazione;
- Q=mq – combustione del combustibile.
Rapporto tra corpo e temperatura
Per capire cos'è il trasferimento di calore radiante, devi conoscere le leggi di base della fisica sulla radiazione infrarossa. È importante ricordare che qualsiasi corpo la cui temperatura è superiore allo zero in termini assoluti irradia sempre energia termica. Si trova nello spettro infrarosso delle onde di natura elettromagnetica.
Tuttavia, corpi diversi, aventi la stessa temperatura, avranno diverse capacità di emettere energia radiante. Questa caratteristica dipenderà da vari fattori quali: struttura corporea, natura, forma e condizioni della superficie. La natura della radiazione elettromagnetica si riferisce alla doppia onda corpuscolare. Il campo di tipo elettromagnetico ha carattere quantistico e i suoi quanti sono rappresentati da fotoni. Interagendo con gli atomi, i fotoni vengono assorbiti e trasferiscono la loro energia agli elettroni, il fotone scompare. Fluttuazione termica dell'esponente di energial'atomo in una molecola aumenta. In altre parole, l'energia irradiata viene convertita in calore.
L'energia irradiata è considerata la grandezza principale ed è indicata dal segno W, misurata in joule (J). Il flusso di radiazione esprime il valore medio della potenza in un arco di tempo molto maggiore dei periodi di oscillazione (l'energia emessa in un'unità di tempo). L'unità emessa dal flusso è espressa in joule al secondo (J / s), il watt (W) è considerato l'opzione generalmente accettata.
Introduzione al trasferimento di calore radiante
Ora di più sul fenomeno. Il trasferimento di calore radiante è lo scambio di calore, il processo di trasferimento da un corpo all' altro, che ha un indice di temperatura diverso. Si verifica con l'aiuto della radiazione infrarossa. È elettromagnetico e si trova nelle regioni degli spettri d'onda di natura elettromagnetica. La gamma d'onda è compresa tra 0,77 e 340 µm. Le gamme da 340 a 100 µm sono considerate onde lunghe, 100 - 15 µm appartengono alla gamma delle onde medie e le lunghezze d'onda corte da 15 a 0,77 µm.
La porzione a onde corte dello spettro infrarosso è adiacente alla luce visibile e le porzioni a onde lunghe delle onde vanno nell'onda radio ultracorta. La radiazione infrarossa è caratterizzata da propagazione rettilinea, è in grado di rifrangere, riflettere e polarizzare. Capace di penetrare in una gamma di materiali opachi alla luce visibile.
In altre parole, il trasferimento di calore radiante può essere caratterizzato come trasferimentocalore sotto forma di energia di onde elettromagnetiche, mentre il processo procede tra superfici che sono in processo di irraggiamento reciproco.
L'indice di intensità è determinato dalla disposizione reciproca delle superfici, dalle capacità emissive e assorbenti dei corpi. Il trasferimento di calore radiante tra i corpi differisce dai processi di convezione e conduzione del calore in quanto il calore può essere inviato attraverso il vuoto. La somiglianza di questo fenomeno con altri è dovuta al trasferimento di calore tra corpi con indici di temperatura differenti.
Flusso di radiazioni
Il trasferimento di calore radiante tra i corpi ha un certo numero di flussi di radiazione:
- Il flusso di radiazione intrinseco - E, che dipende dall'indice di temperatura T e dalle caratteristiche ottiche del corpo.
- Flussi di radiazione incidente.
- Tipi di flussi di radiazioni assorbiti, riflessi e trasmessi. In sintesi, sono uguali a MIpad.
L'ambiente in cui avviene lo scambio termico può assorbire radiazioni e introdurne di proprie.
Lo scambio di calore radiante tra un certo numero di corpi è descritto da un flusso di radiazione effettivo:
MIEF=MI+MIOTR=MI+(1-LA)MIFAD. I corpi, a qualsiasi temperatura, aventi indicatori L=1, R=0 e O=0, sono detti "assolutamente neri". L'uomo ha creato il concetto di "radiazione nera". Corrisponde con i suoi indicatori di temperatura all'equilibrio del corpo. L'energia della radiazione emessa viene calcolata utilizzando la temperatura del soggetto o dell'oggetto, la natura del corpo non influisce su questo.
Seguire le leggiBoltzmann
Ludwig Boltzmann, che visse nel territorio dell'Impero austriaco nel 1844-1906, creò la legge Stefan-Boltzmann. È stato lui a permettere a una persona di comprendere meglio l'essenza dello scambio termico e di operare con le informazioni, migliorandole nel corso degli anni. Considera la sua formulazione.
La legge di Stefan-Boltzmann è una legge integrale che descrive alcune caratteristiche dei corpi assolutamente neri. Consente di determinare la dipendenza della densità di potenza di radiazione di un corpo nero dal suo indice di temperatura.
Rispettare la legge
Le leggi del trasferimento di calore radiante obbediscono alla legge di Stefan-Boltzmann. Il livello di intensità del trasferimento di calore per conduzione e convezione del calore è proporzionale alla temperatura. L'energia radiante nel flusso di calore è proporzionale alla temperatura alla quarta potenza. Si presenta così:
q=σ LA (T14 – T2 4).
Nella formula, q è il flusso di calore, A è la superficie del corpo che irradia energia, T1 e T2 sono le temperature che emettono i corpi e l'ambiente che assorbe questa radiazione.
La legge della radiazione termica di cui sopra descrive esattamente solo la radiazione ideale creata da un corpo assolutamente nero (a.h.t.). Non ci sono praticamente tali corpi nella vita. Tuttavia, le superfici nere piatte si avvicinano all'A. Ch. T. Le radiazioni dei corpi di luce sono relativamente deboli.
Vi è un fattore di emissività introdotto per tenere conto della deviazione dall'idealità di numerosiquantità di s.t. nella giusta componente dell'espressione che spiega la legge di Stefan-Boltzmann. L'indice di emissività è uguale a un valore inferiore a uno. Una superficie nera piatta può portare questo coefficiente fino a 0,98, mentre uno specchio metallico non supererà 0,05. Pertanto, le assorbanze sono alte per i corpi neri e basse per i corpi speculari.
Informazioni sul corpo grigio (s.t.)
Nel trasferimento di calore, si parla spesso di un termine come un corpo grigio. Questo oggetto è un corpo che ha un coefficiente di assorbimento di radiazione elettromagnetica di tipo spettrale inferiore a uno, che non è basato sulla lunghezza d'onda (frequenza).
L'emissione di calore è la stessa in base alla composizione spettrale della radiazione di un corpo nero con la stessa temperatura. Un corpo grigio differisce da uno nero per un indicatore inferiore di compatibilità energetica. Al livello di oscurità spettrale di s.t. la lunghezza d'onda non è influenzata. Alla luce visibile, fuliggine, carbone e polvere di platino (nero) sono vicini al corpo grigio.
Campi di applicazione della conoscenza del trasferimento di calore
L'emissione di calore avviene costantemente intorno a noi. Nei locali residenziali e degli uffici, puoi trovare spesso stufe elettriche che sono impegnate nella radiazione di calore e lo vediamo sotto forma di un bagliore rossastro di una spirale: tale calore appartiene al visibile, "sta" sul bordo del spettro infrarosso.
Il riscaldamento della stanza, infatti, è impegnato in una componente invisibile della radiazione infrarossa. Si applica il dispositivo per la visione notturnauna sorgente di radiazione termica e ricevitori sensibili alla radiazione infrarossa, che consentono di navigare bene al buio.
Energia solare
Il sole è di diritto il più potente emettitore di energia di natura termica. Riscalda il nostro pianeta da una distanza di centocinquanta milioni di chilometri. L'intensità della radiazione solare, registrata da molti anni e da varie stazioni dislocate in varie parti della terra, corrisponde a circa 1,37 W/m2.
È l'energia del sole che è la fonte della vita sul pianeta Terra. Attualmente, molte menti sono impegnate a cercare il modo più efficace per usarlo. Ora conosciamo i pannelli solari che possono riscaldare edifici residenziali e fornire energia per le necessità quotidiane.
In chiusura
Riassumendo, il lettore ora può definire il trasferimento di calore radiante. Descrivi questo fenomeno nella vita e nella natura. L'energia radiante è la caratteristica principale dell'onda di energia trasmessa in un tale fenomeno e le formule elencate mostrano come calcolarla. Nella posizione generale, il processo stesso obbedisce alla legge di Stefan-Boltzmann e può avere tre forme, a seconda della sua natura: il flusso di radiazione incidente, radiazione del proprio tipo e riflessa, assorbita e trasmessa.
