Физика Конспект «Излучение» | Частная школа. 8 класс

Конспект по физике для 8 класса «Излучение». ВЫ УЗНАЕТЕ: Что такое излучение. ВСПОМНИТЕ: Что такое теплопроводность? Что такое конвекция?

Конспекты по физике    Учебник физики    Тесты по физике

Основным источником тепла на нашей планете является Солнце, которое находится на расстоянии 150 млн. км от Земли. Как же осуществляется теплопередача от Солнца?

ИЗЛУЧЕНИЕ

За пределами земной атмосферы пространство между Землёй и Солнцем содержит очень разреженное вещество. В вакууме перенос энергии путём теплопроводности практически невозможен. Нельзя здесь говорить и о конвекции. Говоря о переносе энергии от Солнца к Земле, мы сталкиваемся с новым видом теплопередачи, который называется излучением. Испускание и поглощение излучения играют огромную роль в нашей жизни. Это излучение называется электромагнитным излучением или электромагнитными волнами и будет изучаться в курсе физики 9 класса. Сейчас же надо отметить, что электромагнитные волны являются одним из видов материи, о котором мы ещё не говорили.

Хорошо нам знакомый солнечный свет также является электромагнитным излучением. Существуют различные технические устройства, которые являются источниками электромагнитного излучения, например микроволновые печи.

При изучении природы излучения были сделаны важные открытия. Одно из них — давление света, т. е. давление, производимое светом на тела, впервые было экспериментально открыто и измерено выдающимся российским физиком П. Н. Лебедевым. Величина этого давления даже для самых сильных источников света ничтожно мала в земных условиях. Для обнаружения давления света Лебедев изготовил специальные приборы и проделал опыты, представляющие замечательный пример искусства эксперимента.

Излучение — третий вид теплопередачи (кроме теплопроводности и конвекции), при котором энергия передаётся не только при наличии вещества, но и в вакууме. Именно излучение является причиной того, что рядом с горящей электрической лампочкой тепло ощущается даже снизу, хотя из-за конвекции потоки тёплого воздуха устремляются вверх.

ТЕРМОСКОП

Рассмотрим работу простого прибора, который называют термоскопом. Он состоит из небольшой колбы, одна сторона которой блестящая, а другая — чёрная или матовая. Если прибор делать самостоятельно, то одну сторону колбы можно просто закоптить. В колбу через пробку вставлена изогнутая трубка, в которую введена небольшая капля подкрашенной жидкости. К трубке прикреплена шкала, позволяющая обнаружить любое нагревание воздуха в колбе, даже если оно мало.

Поднесём к закопчённой поверхности термоскопа нагретое до высокой температуры тело. При этом столбик подкрашенной жидкости переместится на несколько делений вправо. Это означает, что воздух в колбе нагрелся и расширился. Причиной нагревания воздуха в термоскопе может быть только передача ему энергии от нагретого тела.

Энергия в описанном опыте передавалась не в результате теплопроводности, так как между нагретым телом и термоскопом находится воздух — плохой проводник тепла. Конвекция здесь тоже не происходила, так как термоскоп находится рядом с нагретым телом, а не над ним. В данном случае энергия передавалась путём излучения.

ЗАВИСИМОСТЬ ХАРАКТЕРА ИЗЛУЧЕНИЯ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ

Все тела окружающего нас мира излучают энергию независимо от их температуры. Но чем выше температура тела, тем больше энергии передаёт оно путём излучения.

Пока температура тела невысока, оно излучает энергию, но не светится, т. е. испускает только тепловые волны, невидимые для глаза. При повышении температуры оно начинает светиться сначала красным, затем оранжевым, жёлтым и т. д. цветом. Например, при температуре 6000 °С больше всего излучается жёлтых лучей. Именно по этому признаку определили температуру поверхности Солнца.

ОТРАЖЕНИЕ И ПОГЛОЩЕНИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ

Когда излучение, распространяясь от тела-источника, достигает других тел, часть его отражается, а часть поглощается.

При поглощении энергия излучения превращается во внутреннюю энергию тел, и они нагреваются.

Светлые и тёмные поверхности тел поглощают излучение по-разному. Этот факт легко проверить с помощью термоскопа.

Повторим описанный выше опыт, но в этот раз поднесём нагретое тело к светлой стороне колбы. Столбик жидкости в этом случае переместится на гораздо меньшее расстояние.

Таким образом, тела со светлой поверхностью хуже нагреваются при теплопередаче путём излучения, чем тела с тёмной поверхностью. Происходит это вследствие того, что тёмные тела лучше поглощают энергию, а тела, имеющие светлую или блестящую поверхность, лучше отражают.

Способность тел по-разному поглощать и отражать энергию излучения часто используется в быту и технике.  Самолёты красят серебристой краской для того, чтобы они меньше нагревались солнечными лучами.

Если используют солнечную энергию для нагревания, то соответствующие части приборов окрашивают в тёмный цвет. Это касается таких приборов, как солнечные батареи и ёмкость для воды в летнем душе.

Излучение тел даже с низкой температурой может быть зарегистрировано специальными приборами, называемыми тепловизорами. Эти приборы также называются приборами ночного видения и широко применяются для навигации, в медицине и в военном деле.

В быту часто используется термос. Он применяется для сохранения пищевых продуктов при определённой температуре.

Термос состоит из сосуда с двойными стенками, поверхность которых покрыта блестящим металлическим слоем. Из пространства между стенками выкачан воздух, что предотвращает и конвекцию, и теплопроводность. Металлический слой, отражая излучение, препятствует передаче энергии.

Вы смотрели Конспект по физике для 8 класса «Излучение».

Вернуться к Списку конспектов по физике (Оглавление).

Просмотров: 25 237

Радиационная теплопередача Калькулятор | Вычислить Радиационная теплопередача

👎

Формула

сбросить

👍

Радиационная теплопередача Решение

ШАГ 0: Сводка предварительного расчета

ШАГ 1. Преобразование входов в базовый блок

Площадь поверхности тела: 8.5 Квадратный метр —> 8.5 Квадратный метр Конверсия не требуется
Коэффициент геометрического вида: 0.1 —> Конверсия не требуется
Температура поверхности 1: 503 Кельвин —> 503 Кельвин Конверсия не требуется
Температура поверхности 2: 293 Кельвин —> 293 Кельвин Конверсия не требуется

ШАГ 2: Оцените формулу

ШАГ 3: Преобразуйте результат в единицу вывода

2730.11033998808 Джоуль —> Конверсия не требуется

<

13 Основные формулы Калькуляторы

Радиационное тепловое сопротивление

Идти



Термическое сопротивление = 1/(Коэффициент излучения*[Stefan-BoltZ]*Базовая зона*(Температура поверхности 1+Температура поверхности 2)*(((Температура поверхности 1)^2)+((Температура поверхности 2)^2)))

Радиальное тепло, протекающее через цилиндр

Идти



Нагревать = Теплопроводность*2*pi*Разница температур*Длина цилиндра/(ln(Внешний радиус цилиндра/Внутренний радиус цилиндра))

Теплопередача через плоскую стенку или поверхность

Идти



Скорость теплового потока = -Теплопроводность*Площадь поперечного сечения*(Наружная температура-Внутренняя температура)/Ширина плоской поверхности

Радиационная теплопередача

Идти



Нагревать = [Stefan-BoltZ]*Площадь поверхности тела*Коэффициент геометрического вида*(Температура поверхности 1^4-Температура поверхности 2^4)

Термическое сопротивление сферической стены

Идти



Термическое сопротивление = (Радиус 2-Радиус 1)/(4*pi*Радиус 1*Радиус 2*Теплопроводность)

Конвективный теплообмен

Идти



Скорость теплового потока = Коэффициент теплопередачи*Открытая площадь поверхности*(Температура поверхности-Температура окружающего воздуха)

Суммарная мощность излучения излучающего тела

Идти



Мощность излучения на единицу площади = (Коэффициент излучения*(Эффективная температура излучения)^4)*[Stefan-BoltZ]

Излучение

Идти



Излучение = Энергия, покидающая поверхность/(Площадь поверхности тела*Время в секундах)

Температуропроводность

Идти



Температуропроводность = Теплопроводность/(Плотность*Удельная теплоемкость)

Термическое сопротивление при конвекционной теплопередаче

Идти



Термическое сопротивление = 1/(Открытая площадь поверхности*Коэффициент теплопередачи)

Общая теплопередача

Идти



Общая теплопередача = Общая разница температур/Общее тепловое сопротивление

Разница температур с использованием тепловой аналогии с законом Ома

Идти



Разница температур = Скорость теплового потока*Термическое сопротивление

Закон Ома

Идти



Напряжение = Электрический ток*Сопротивление

Радиационная теплопередача формула

Нагревать = [Stefan-BoltZ]*Площадь поверхности тела*Коэффициент геометрического вида*(Температура поверхности 1^4-Температура поверхности 2^4)


Q = [Stefan-BoltZ]*SA_Body*F*(T₁^4-T₂^4)

Что такое радиация?

В физике излучение — это испускание или передача энергии в форме волн или частиц через пространство или через материальную среду.

Share

Copied!

Что такое радиационная теплопередача?

Что такое радиационная теплопередача?

Теплопередача излучением — передача тепла от одного тела к другому в виде электромагнитных волн. Большая часть этих излучений лежит в инфракрасной области.

В отличие от проводимости и конвекции, радиационное тепло не требует никакой среды. Все объекты с температурой выше абсолютного нуля излучают энергию излучения. Не пропустите эту статью о том, как работает бесконтактный инфракрасный термометр?

Теплопередача от Солнца к Земле

Любая среда между теплопередающими телами может поглощать электромагнитные волны. Поэтому Излучение Теплота  более эффективны в вакууме.

Примером теплового излучения является передача тепла от Солнца к Земле за счет электромагнитных волн через вакуумное пространство. Но когда солнечное излучение попадает в земную атмосферу, его воздействие начинает уменьшаться за счет присутствия в земной атмосфере частиц воздуха, газа, воды и пыли.

Все объекты (твердые, жидкие или газообразные) излучают электромагнитное излучение из-за теплового возбуждения внутри их молекул. Скорость теплового потока, излучаемого телом, зависит от температуры тела и типа поверхности (цвет/отделка и т. д.)

Теплопередача излучением Примеры

Ниже приведены примеры теплопередачи излучением:

• Теплопередача от солнце на землю.
• Радиаторы отопления помещений.
• Тепло от ламп накаливания или каминов.
• Приготовление пищи в микроволновой печи.
• При парниковом эффекте солнечное излучение попадает на растения через стекло.
• Измерение температуры кожи человека с помощью инфракрасных термометров.

Уравнение теплопередачи излучением: закон Стефана-Больцмана

Закон Стефана-Больцмана  теплового излучения гласит, что скорость теплопередачи излучением на единицу площади в черном теле прямо пропорциональна четвертой сила температура тела.

Но на самом деле идеально черного тела не существует. Поэтому для учета этого воздействия используется коэффициент излучения.

Радиационная теплопередача = ε σ T⁴ A

T = абсолютная температура в Кельвинах

A = площадь излучающего тела в квадратных метрах

ε = коэффициент излучения тела

σ = постоянная Стефана Больцмана = 5,6703 х 10⁸ Вт/м² K⁴

Что такое черное тело?

A  Черный корпус поглощает все электромагнитное излучение во всех падающих на него частотных диапазонах. В тепловом равновесии черное тело испускает все излучение. Следовательно, черное тело является идеальным излучателем.

Излучение, испускаемое черным телом

Но в реальном мире черных тел не существует. Реальные тела испускают излучение с гораздо меньшей скоростью, чем черные тела. Другими словами, реальные тела не являются идеальными излучателями. Поэтому коэффициент излучения (ε) используется для учета влияния реальных поверхностей на излучение . Коэффициент излучения для черного тела равен «единице».

Что такое коэффициент излучения?

Излучательная способность определяет способность материала излучать поглощенную энергию и возвращаться к своей нормальной температуре.

Математически излучательная способность равна отношению излучения реальной поверхности к излучению абсолютно черной поверхности при той же температуре и длине волны. Значение излучательной способности для тела варьируется от 0 до 1. Например, человеческая кожа имеет высокое значение коэффициента излучения 0,98.

Соотношение между коэффициентами излучения и коэффициентами отражения

Идеально отражающие поверхности имеют нулевой коэффициент излучения, тогда как идеальный излучатель имеет коэффициент излучения один. Излучательная способность материала зависит от свойств материала и поверхности.

Отражающие поверхности, такие как полированное стекло, имеют низкий коэффициент излучения. В то время как шероховатые и окисленные поверхности материала имеют высокий коэффициент излучения.

Таблица коэффициентов излучения

В таблице ниже показано значение коэффициента излучения для часто используемых материалов.

Калькулятор радиационного теплообмена

Вы можете использовать этот калькулятор для расчета коэффициента теплового излучения, если известны значения площади поверхности тела, температуры и коэффициента излучения.

Подводя итог, радиационный теплообмен в серых телах зависит от температуры наружного воздуха, температуры тела и отделки поверхности. Чем выше значение коэффициента излучения, тем выше будет скорость теплопередачи. Не пропустите эту статью о различных режимах теплопередачи.

Лучистая теплопередача | Инженерная библиотека

На этой странице представлена ​​глава о лучистом теплообмене из «Справочника по основам Министерства энергетики: термодинамика, теплопередача и поток жидкости», DOE-HDBK-1012/2-9.2, Министерство энергетики США, июнь 1992 г.

Другие связанные главы из «Справочника по основам Министерства энергетики: термодинамика, теплопередача и поток жидкости» можно увидеть справа.

Лучистая теплопередача – это тепловая энергия, передаваемая с помощью электромагнитных волн или частиц.

Тепловое излучение

Лучистый теплообмен предполагает перенос тепла электромагнитным излучением, возникающим из-за температуры тела. Большая часть энергии этого типа находится в инфракрасной области электромагнитного спектра, хотя некоторая ее часть находится в видимой области. Термин тепловое излучение часто используется, чтобы отличить эту форму электромагнитного излучения от других форм, таких как радиоволны, рентгеновские лучи или гамма-лучи. Передача тепла от камина через комнату в пределах прямой видимости является примером переноса лучистой теплоты.

Для лучистой теплопередачи не требуется среда, такая как воздух или металл. Любой материал, имеющий температуру выше абсолютного нуля, излучает некоторую лучистую энергию. Когда облако закрывает солнце, его тепло и свет уменьшаются. Это один из наиболее известных примеров передачи тепла тепловым излучением.

Излучение черного тела

Тело, которое излучает максимальное количество тепла для своей абсолютной температуры, называется черным телом. Скорость лучистой теплопередачи от черного тела к окружающей его среде может быть выражена следующим уравнением.
94 $$

(2-12)

где:

Два черных тела, которые излучают друг друга, имеют общий поток тепла между собой. Чистая скорость потока тепла между ними определяется адаптацией уравнения 2-12.
94) $$

где:

Все тела при температуре выше абсолютного нуля излучают некоторое количество тепла. Солнце и земля излучают тепло друг к другу. Это, кажется, нарушает второй закон термодинамики, который гласит, что тепло не может переходить от холодного тела к горячему. Парадокс разрешается тем, что каждое тело должно находиться в прямой видимости другого, чтобы получить от него излучение. Следовательно, всякий раз, когда холодное тело излучает теплоту горячему телу, горячее тело также должно излучать тепло холодному телу. Поскольку горячее тело излучает больше тепла (из-за его более высокой температуры), чем холодное тело, чистый поток тепла идет от горячего к холодному, и второй закон все еще выполняется. 4) $$

где:

Два отдельных термина f _a и f _e могут быть объединены и обозначены символом f. Тепловой поток между двумя серыми телами теперь можно определить по следующему уравнению:
94) $$

(2-13)

Символ (f) представляет собой безразмерный коэффициент, иногда называемый коэффициентом конфигурации излучения , который учитывает излучательную способность обоих тел и их относительную геометрию. Фактор конфигурации излучения обычно находится в учебнике для данной ситуации. После получения коэффициента конфигурации можно определить общий чистый тепловой поток. Лучистый тепловой поток следует включать в задачу только в том случае, если он превышает 20% задачи.