ТЕРМИЧКО ЗРАЧЕЊЕ: СВОЈСТВА, ПРИМЕРИ, ПРИМЕНЕ - ФИЗИЧКИ - 2025

Топлотно зрачење је енергија преноси тела са њене температуре и таласним дужинама инфрацрвеног електромагнетног спектра. Сва тела без изузетка емитују неко инфрацрвено зрачење, без обзира на њихову ниску температуру.

Дешава се да, када су у убрзаном покрету, електрично наелектрисане честице осцилирају и захваљујући кинетичкој енергији непрекидно емитују електромагнетне таласе.

Слика 1. Врло смо добро упознати са топлотним зрачењем које долази од Сунца, које је у ствари главни извор топлотне енергије. Извор: Пкхере.

Једини начин да тело не емитује термално зрачење је да његове честице потпуно мирују. На овај начин, његова температура била би 0 на Келвиновој скали, али спуштање температуре неког објекта до такве тачке нешто је што још није постигнуто.

Својства топлотног зрачења

Изузетно својство које овај механизам преноса топлоте разликује од других је то што му није потребан материјални материјал за производњу. Тако, на пример, енергија коју емитује Сунце путује 150 милиона километара кроз свемир и непрекидно стиже до Земље.

Постоји математички модел да се зна колика је топлотна енергија по јединици времена које предмет зрачи:

Ова једначина је позната као Стефанов закон и појављују се следеће количине:

- Топлотна енергија по јединици времена П, која је позната и као снага и чија је јединица у Међународном систему јединица вата или вата (В).

- Површина објекта који емитује топлоту А, у квадратним метрима.

-Константа, која се зове Стефан - Болтзманова константа , означена са σ и чија је вредност 5.66963 к10 ^-8 В / м ² К ⁴ ,

-Тхе емисија (називају емисивност) предмета е, без димензија количина (без јединица) чија је вредност између 0 и 1. То односи се на природу материјала: на пример огледало има ниско-емисионог, док је веома тамна тело има велика емисијска снага.

-И на крају температура Т у келвину.

Примери топлотног зрачења

Према Стефановом закону, брзина којом неки предмет зрачи енергијом пропорционална је површини, емисивности и четвртој снази температуре.

Пошто брзина емисије топлотне енергије зависи од четврте снаге Т, јасно је да ће мале промене температуре имати огроман утицај на емисију зрачења. На пример, ако се температура удвостручи, зрачење би се повећало 16 пута.

Посебан случај Стефановог закона је савршен радијатор, потпуно непрозиран објекат назван црним телом, чија је емисивност тачно 1. У овом случају, Стефанин закон изгледа овако:

Дешава се да је Стефанов закон математички модел који отприлике описује зрачење које емитује било који објекат, јер он сматра емисивност константом. Емисивност заправо зависи од таласне дужине емитованог зрачења, површинске обраде и других фактора.

Ако се е сматра константним и примењује се Стефанов закон како је на почетку назначено, тада се објект назива сиво тело.

Вредности емисије неких материја које се третирају као сиво тело су:

-Полирани алуминијум 0,05

-Брачни угљен 0,95

-Људска кожа било које боје 0,97

-Друга 0,91

-Ице 0.92

-Вода 0,91

-Копер између 0,015 и 0,025

-Осетите између 0,06 и 0,25

Топлотно зрачење Сунца

Опипљив пример објекта који емитује термално зрачење је Сунце. Процењује се да сваке секунде приближно 1370 Ј енергије у облику електромагнетног зрачења достигне Земљу са Сунца.

Ова вредност је позната као соларна константа и свака планета има је, што зависи од њене просечне удаљености од Сунца.

Ово зрачење окомито пролази кроз сваки м ² атмосферских слојева и дистрибуира се у различитим таласним дужинама.

Скоро све долази у облику видљиве светлости, али добар део долази као инфрацрвено зрачење, управо оно што ми доживљавамо као топлота, а неки и као ултраљубичасто зрачење. То је велика количина енергије која је довољна да задовољи потребе планете, како би је правилно ухватили и искористили.

У погледу таласне дужине, то су распони унутар којих се налази сунчево зрачење које досеже Земљу:

- Инфрацрвено , оно што ми доживљавамо као топлота: 100 - 0,7 µм *

- Видљива светлост , између 0,7 - 0,4 µм

- Ултраљубичасто , мање од 0,4 µм

* 1 μм = 1 микрометар или једна милионита метра.

Виен закон

Слика испод приказује расподелу зрачења по таласној дужини за различите температуре. Расподјела поштује Виен закон помака, према којем је таласна дужина максималног зрачења λ _мак обрнуто пропорционална температури Т у келвину:

λ _мак Т = 2.898. 10 ^-3 м⋅К

Слика 2. Графикон зрачења као функција таласне дужине црног тела. Извор: Викимедиа Цоммонс.

Сунце има површинску температуру од приближно 5.700 К и зрачи првенствено краћим таласним дужинама, као што смо видели. Крива која се највише приближава Сунчевој је она од 5000 К, плаве боје и, наравно, има максимум у опсегу видљиве светлости. Али такође емитује добар део у инфрацрвеном и ултраљубичастом зрачењу.

Примена топлотног зрачења

Соларна енергија

Велика количина енергије коју Сунце зрачи може се сачувати у уређајима који се називају сакупљачи, да би се касније трансформисала и прикладно искористила као електрична енергија.

Инфрацрвене камере

Ради се о камерама које, како им и име каже, раде у инфрацрвеном подручју уместо у видљивом светлу, попут уобичајених камера. Они користе чињеницу да сва тела у већој или мањој мери емитују термално зрачење у зависности од њихове температуре.

Слика 3. Слика пса снимљена инфрацрвеном камером. Изворно светлија подручја представљају она са највишом температуром. Боје које се додају током обраде како би се олакшала интерпретација показују различите температуре у животињском телу. Извор: Викимедиа Цоммонс.

Пирометри

Ако су температуре веома високе, њихово мерење меркуром термометром није најбоља опција. За то су пожељни пирометри, помоћу којих се одређује температура неког објекта знајући његову емисивност, захваљујући емисији електромагнетног сигнала.

Астрономија

Звездано светло је веома добро моделирано са апроксимацијом црног тела, као и целог универзума. И са своје стране, Виен-ов закон се често користи у астрономији за одређивање температуре звезда, у складу са таласном дужином светлости коју емитују.

Војна индустрија

Ракете су усмјерене на циљ користећи инфрацрвене сигнале који настоје открити најтоплија подручја у авионима, као што су мотори, на примјер.

Референце

1. Гиамбаттиста, А. 2010. Физика. 2нд. Ед МцГрав Хилл.
2. Гомез, Е. Провод, конвекција и зрачење. Опоравак од: елтамиз.цом.
3. Гонзалез де Арриета, И. Примене топлотног зрачења. Опоравак од: ввв.еху.еус.
4. НАСА Земаљска опсерваторија. Клима и енергетски буџет Земље. Опоравак од: еартхобсерватори.наса.гов.
5. Натахенао. Примена топлоте. Опоравак од: натахенао.вордпресс.цом.
6. Серваи, Р. Физика за науку и инжењерство. Том 1. 7тх. Ед. Ценгаге Леарнинг.