Wärmelstrahlungseigenschaften, Beispiele, Anwendungen

Der Wärmestrahlung Es ist die Energie, die durch einen Körper dank seiner Temperatur und durch die Infrarotwellenlängen des elektromagnetischen Spektrums übertragen wird. Alle Körper ausnahmsweise geben eine Infrarotstrahlung aus, egal wie niedrig ihre Temperatur ist.

Es kommt vor, dass bei der Beschleunigten Bewegung elektrisch geladene Partikel schwingen und dank ihrer kinetischen Energie elektromagnetische Wellen kontinuierlich emittieren.

Abbildung 1. Wir sind sehr vertraut mit der thermischen Strahlung, die aus der Sonne kommt, was tatsächlich die Hauptquelle für Wärmeenergie ist. Quelle: pxhere.

Der einzige Weg, wie ein Körper keine thermische Strahlung emittiert. Auf diese Weise würde seine Temperatur auf der Kelvin -Skala 0 betragen, aber reduzieren Sie die Temperatur eines Objekts, das noch nicht erreicht wurde.

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Wärmestrahlungseigenschaften

Eine bemerkenswerte Eigenschaft, die diesen Wärmeübertragungsmechanismus von anderen unterscheidet, ist, dass ein materielles Medium nicht erforderlich ist. So reist die von der Sonne emittierte Energie zum Beispiel 150 Millionen Kilometer durch den Weltraum und kommt kontinuierlich auf die Erde an.

Es gibt ein mathematisches Modell, um die Menge an thermischer Energie pro Zeiteinheit zu kennen, die ein Objekt ausstrahlt:

P =ZUσeT⁴

Diese Gleichung ist als Stefans Gesetz bekannt, und die folgenden Größen erscheinen:

-Wärmeenergie pro Zeiteinheit P, Das ist als Macht bekannt und dessen Einheit im internationalen Einheitensystem der Watt oder Watt (W) ist.

-Er Oberflächlicher Bereich des Objekts, das Wärme abgibt ZU, in quadratischen Metern.

-Eine Konstante, genannt Stefan Constant - Boltzman, bezeichnet durch σ Und deren Wert 5 ist.66963 x10^-8 W/m² K⁴,

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-Der Emission (Auch genannt Ausgabe) des Objekts Und, eine dimensionslose Menge (ohne Einheiten), deren Wert zwischen 0 und 1 liegt. Es hängt mit der Natur des Materials zusammen: Zum Beispiel hat ein Spiegel einen niedrigen Emissionsvermögen, während ein sehr dunkler Körper eine hohe Emissionsfähigkeit aufweist.

-Und schließlich die Temperatur T In Kelvin.

Beispiele für thermische Strahlung

Nach Stefanschen Gesetz ist die Rate, mit der ein Objekt Energie ausstrahlt.

Da die thermische Energieemissionsrate von der vierten Leistung von T abhängt, ist es offensichtlich, dass kleine Temperaturänderungen einen enormen Einfluss auf die emittierte Strahlung haben werden. Wenn die Temperatur beispielsweise verdoppelt wird, würde die Strahlung 16 -mal zunehmen.

Ein Sonderfall von Stefans Gesetz ist der perfekte Kühler, ein völlig undurchsichtiges Objekt genannt Schwarzer Körper, deren Emissionsgrad genau 1 ist. In diesem Fall ist Stefans Gesetz wie folgt:

P =ZUσT⁴

Es kommt vor, dass Stefans Gesetz ein mathematisches Modell ist, das die von einem Objekt ausgestellte Strahlung ungefähr beschreibt, da es den Emissionsvermögen als Konstante betrachtet. Tatsächlich hängt das Emissionsvermögen von der Wellenlänge der emittierten Strahlung, der Oberflächenbeschaffung und anderer Faktoren ab.

Wenn berücksichtigt Und Als konstant und das Gesetz von Stefan wird wie am Anfang angegeben angewendet, dann wird das Objekt aufgerufen Grauer Körper.

Die Werte des Emissionsvermögens für einige als Graukörper behandelte Substanzen sind:

-Poliertes Aluminium 0.05

-Schwarze Kohle 0.95

-Menschliche Haut von jeder Farbe 0.97

-Holz 0.91

-Eis 0.92

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-Wasser 0.91

-Kupfer zwischen 0.015 und 0.025

-Stahl zwischen 0.06 und 0.25

Die thermische Strahlung der Sonne

Ein konkretes Beispiel für ein Objekt, das thermische Strahlung abgibt, ist die Sonne. Es wird geschätzt, dass jede Sekunde in Form einer elektromagnetischen Strahlung von der Sonne ungefähr 1370 J Energie in Form einer elektromagnetischen Strahlung ankommen.

Dieser Wert ist als der bekannt Solarkonstante Und jeder Planet hat einen, der von seiner durchschnittlichen Entfernung zur Sonne abhängt.

Diese Strahlung wird von jedem m senkrecht gekreuzt² von atmosphärischen Schichten und ist in verschiedenen Wellenlängen verteilt.

Fast alles kommt in sichtbar. Es ist eine große Menge an Energie genug, um die Bedürfnisse des Planeten zu erfüllen, um ihn zu erfassen und ihn auszunutzen.

In Bezug auf die Wellenlänge sind dies die Bereiche, in denen sich die Sonnenstrahlung befindet, die die Erde erreicht:

-Infrarot, Die, die wir als Hitze wahrnehmen: 100 - 0.7 μm*

-Sichtbares Licht, Zwischen 0.7 - 0.4 μm

-Ultraviolett, Weniger als 0.4 μm

*1 μm = 1 Mikrometer oder millionster Meter.

Wiens Gesetz

Das folgende Bild zeigt die Strahlungsverteilung in Bezug auf die Wellenlänge für mehrere Temperaturen. Die Verteilung ist auf das Verschiebungsgesetz von Wien zurückzuführen, nach der die maximale Strahlungswellenlänge λ_Max Es ist umgekehrt proportional zur T -Temperatur in Kelvin:

λ_Max T = 2.898 . 10 ^–3 M�k

Figur 2. Strahlungsdiagramm abhängig von der Wellenlänge für einen schwarzen Körper. Quelle: Wikimedia Commons.

Die Sonne hat eine Oberflächentemperatur von ungefähr 5700 K und strahlt hauptsächlich in kürzeren Wellenlängen aus, wie wir gesehen haben. Die Kurve, die sich am meisten der Sonne nähert. Emittiert aber auch einen guten Teil in Infrarot und Ultraviolett.

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Wärmestrahlungsanwendungen

Solarenergie

Die große Menge an Energie, die die Sonne strahlt Sammler, und transformieren und verwenden Sie es dann bequem als Strom.

Infrarotkameras

Sie sind Kameras, die, wie der Name schon sagt. Sie nutzen die Tatsache aus.

Figur 3. Bild eines Hundes, der von einer Infrarotkammer gefangen genommen wurde. Ursprünglich die klarsten Bereiche repräsentieren die höchste Temperatur. Die Farben, die bei der Verarbeitung hinzugefügt werden, um die Interpretation zu erleichtern, zeigen die verschiedenen Temperaturen im Körper des Tieres. Quelle: Wikimedia Commons.

Pyrometrie

Wenn die Temperaturen sehr hoch sind, messen Sie sie mit einem Quecksilberthermometer nicht das am besten angegeben. Dafür die Pyrometer, durch die die Temperatur eines Objekts abgeleitet wird, das sein Emissionsvermögen kennt, dank der Emission eines elektromagnetischen Signals.

Astronomie

Das Licht der Sterne ist sehr gut mit der Annäherung an den schwarzen Körper sowie mit dem gesamten Universum modelliert. Und seinerseits wird das Wien -Gesetz häufig in der Astronomie verwendet, um die Temperatur der Sterne zu bestimmen, je nach Wellenlänge des Lichts, das sie abgeben.

Militärindustrie

Rakete.

Verweise

1. Giambattista, a. 2010. Physik. 2. Ed. McGraw Hill.
2. Gómez, e. Fahren, Konvektion und Strahlung. Erholt von: altamiz.com.
3. González de Arrieta, ich. Wärmestrahlungsanwendungen. Erholt von: www.Ehu.EUS.
4. NASA Earth Observatory. Klima- und Erde -Energiebudget. Erholt von: Earthobservatory.Topf.Regierung.
5. Natahenoo. Wärmeanwendungen. Geborgen von: cinhenao.WordPress.com.
6. Serway, r. Physik für Wissenschaft und Ingenieurwesen. Band 1. 7. Ed. Cengage Lernen.