Ici, le lecteur trouvera des informations générales sur ce qu'est le transfert de chaleur, et examinera également en détail le phénomène de transfert de chaleur rayonnante, son obéissance à certaines lois, les caractéristiques du processus, la formule de la chaleur, l'utilisation du transfert de chaleur par l'homme et son écoulement dans la nature.
Entrée dans l'échange de chaleur
Pour comprendre l'essence du transfert de chaleur par rayonnement, vous devez d'abord comprendre son essence et savoir ce que c'est ?
Le transfert de chaleur est une modification de l'indice énergétique de type interne sans travail sur l'objet ou le sujet, et aussi sans travail effectué par le corps. Un tel processus se déroule toujours dans une direction spécifique, à savoir: la chaleur passe d'un corps avec un indice de température plus élevé à un corps avec un indice de température plus bas. Une fois l'égalisation des températures entre les corps atteinte, le processus s'arrête et s'effectue à l'aide de la conduction thermique, de la convection et du rayonnement.
- La conduction thermique est le processus de transfert d'énergie interne d'un fragment corporel à un autre ou entre des corps lorsqu'ils entrent en contact.
- La convection est le transfert de chaleur résultant detransfert d'énergie avec les flux de liquide ou de gaz.
- Le rayonnement est de nature électromagnétique, émis en raison de l'énergie interne d'une substance qui est dans un état d'une certaine température.
La formule de chaleur vous permet d'effectuer des calculs pour déterminer la quantité d'énergie transférée, cependant, les valeurs mesurées dépendent de la nature du processus en cours:
- Q=cmΔt=cm(t2 – t1) – chauffage et refroidissement;
- Q=mλ – cristallisation et fusion;
- Q=mr - condensation de vapeur, ébullition et évaporation;
- Q=mq – combustion de carburant.
Relation entre le corps et la température
Pour comprendre ce qu'est le transfert de chaleur par rayonnement, vous devez connaître les lois fondamentales de la physique concernant le rayonnement infrarouge. Il est important de se rappeler que tout corps dont la température est supérieure à zéro en termes absolus émet toujours de l'énergie thermique. Il se situe dans le spectre infrarouge des ondes de nature électromagnétique.
Cependant, différents corps, ayant la même température, auront une capacité différente à émettre de l'énergie rayonnante. Cette caractéristique dépendra de divers facteurs tels que: la structure corporelle, la nature, la forme et l'état de surface. La nature du rayonnement électromagnétique fait référence à la double onde corpusculaire. Le champ de type électromagnétique a un caractère quantique, et ses quanta sont représentés par des photons. En interagissant avec les atomes, les photons sont absorbés et transfèrent leur énergie aux électrons, le photon disparaît. Fluctuation thermique de l'exposant énergétiqueatome dans une molécule augmente. En d'autres termes, l'énergie rayonnée est convertie en chaleur.
L'énergie rayonnée est considérée comme la quantité principale et est désignée par le signe W, mesuré en joules (J). Le flux de rayonnement exprime la valeur moyenne de la puissance sur une période de temps bien supérieure aux périodes d'oscillations (l'énergie émise pendant une unité de temps). L'unité émise par le flux est exprimée en joules par seconde (J/s), le watt (W) est considéré comme l'option généralement acceptée.
Introduction au transfert de chaleur par rayonnement
Maintenant plus sur le phénomène. Le transfert de chaleur par rayonnement est l'échange de chaleur, le processus de transfert d'un corps à un autre, qui a un indice de température différent. Se produit à l'aide d'un rayonnement infrarouge. Elle est électromagnétique et se situe dans les régions des spectres d'ondes à caractère électromagnétique. La gamme d'ondes se situe dans la plage de 0,77 à 340 µm. Les gammes de 340 à 100 µm sont considérées comme des ondes longues, 100 - 15 µm appartiennent à la gamme des ondes moyennes et les longueurs d'onde courtes de 15 à 0,77 µm.
La partie à ondes courtes du spectre infrarouge est adjacente à la lumière visible, et les parties à ondes longues des ondes vont dans l'onde radio ultracourte. Le rayonnement infrarouge se caractérise par une propagation rectiligne, il est capable de se réfracter, de se réfléchir et de se polariser. Capable de pénétrer une gamme de matériaux opaques à la lumière visible.
En d'autres termes, le transfert de chaleur radiante peut être caractérisé comme un transfertchaleur sous forme d'énergie d'ondes électromagnétiques, tandis que le processus se déroule entre des surfaces qui sont en train de se radier mutuellement.
L'indice d'intensité est déterminé par la disposition mutuelle des surfaces, les capacités émissives et absorbantes des corps. Le transfert de chaleur par rayonnement entre les corps diffère des processus de convection et de conduction thermique en ce que la chaleur peut être envoyée à travers le vide. La similitude de ce phénomène avec d'autres est due au transfert de chaleur entre des corps ayant des indices de température différents.
Flux de rayonnement
Le transfert de chaleur par rayonnement entre les corps a un certain nombre de flux de rayonnement:
- Le flux de rayonnement intrinsèque - E, qui dépend de l'indice de température T et des caractéristiques optiques du corps.
- Flux de rayonnement incident.
- Types de flux de rayonnement absorbés, réfléchis et transmis. En somme, ils sont égaux à Epad.
L'environnement dans lequel se produit l'échange de chaleur peut absorber le rayonnement et introduire le sien.
L'échange de chaleur rayonnante entre un certain nombre de corps est décrit par un flux de rayonnement effectif:
EEF=E+EOTR=E+(1-A)EFAD. Les corps, à n'importe quelle température, ayant des indicateurs L=1, R=0 et O=0, sont dits "absolument noirs". L'homme a créé le concept de "rayonnement noir". Il correspond avec ses indicateurs de température à l'équilibre du corps. L'énergie de rayonnement émise est calculée en utilisant la température du sujet ou de l'objet, la nature du corps n'affecte pas cela.
Suivre les loisBoltzmann
Ludwig Boltzmann, qui a vécu sur le territoire de l'Empire autrichien en 1844-1906, a créé la loi Stefan-Boltzmann. C'est lui qui a permis à une personne de mieux comprendre l'essence de l'échange de chaleur et de fonctionner avec des informations, en l'améliorant au fil des ans. Considérez sa formulation.
La loi de Stefan-Boltzmann est une loi intégrale qui décrit certaines caractéristiques des corps absolument noirs. Il vous permet de déterminer la dépendance de la densité de puissance de rayonnement d'un corps noir sur son indice de température.
Obéir à la loi
Les lois du transfert de chaleur rayonnante obéissent à la loi de Stefan-Boltzmann. Le niveau d'intensité du transfert de chaleur par conduction thermique et convection est proportionnel à la température. L'énergie rayonnante dans le flux de chaleur est proportionnelle à la température à la puissance quatre. Il ressemble à ceci:
q=σ A (T14 – T2 4).
Dans la formule, q est le flux de chaleur, A est la surface du corps rayonnant d'énergie, T1 et T2 sont les températures des corps émetteurs et l'environnement qui absorbe ce rayonnement.
La loi ci-dessus du rayonnement thermique ne décrit exactement que le rayonnement idéal créé par un corps absolument noir (a.h.t.). Il n'y a pratiquement pas de tels corps dans la vie. Cependant, les surfaces noires plates se rapprochent de l'A. Ch. T. Le rayonnement des corps légers est relativement faible.
Il y a un facteur d'émissivité introduit pour prendre en compte l'écart par rapport à l'idéalité de nombreuxquantité de s.t. dans la composante droite de l'expression expliquant la loi de Stefan-Boltzmann. L'indice d'émissivité est égal à une valeur inférieure à un. Une surface noire plate peut porter ce coefficient jusqu'à 0,98, alors qu'un miroir métallique ne dépassera pas 0,05. Par conséquent, les absorbances sont élevées pour les corps noirs et faibles pour les corps spéculaires.
À propos du corps gris (s.t.)
Dans le transfert de chaleur, il est souvent fait mention d'un terme tel qu'un corps gris. Cet objet est un corps qui a un coefficient d'absorption de type spectral du rayonnement électromagnétique inférieur à un, qui n'est pas basé sur la longueur d'onde (fréquence).
L'émission de chaleur est la même selon la composition spectrale du rayonnement d'un corps noir de même température. Un corps gris diffère d'un corps noir par un indicateur inférieur de compatibilité énergétique. Au niveau de noirceur spectrale de s.t. La longueur d'onde n'est pas affectée. En lumière visible, la suie, le charbon et la poudre de platine (noir) sont proches du corps gris.
Domaines d'application des connaissances en transfert de chaleur
L'émission de chaleur se produit constamment autour de nous. Dans les locaux d'habitation et de bureau, vous pouvez souvent trouver des radiateurs électriques qui émettent de la chaleur, et nous le voyons sous la forme d'une lueur rougeâtre d'une spirale - une telle chaleur appartient au visible, elle "se tient" au bord du spectre infrarouge.
Le chauffage de la pièce, en fait, est engagé dans une composante invisible du rayonnement infrarouge. Le dispositif de vision nocturne s'appliqueune source de rayonnement thermique et des récepteurs sensibles au rayonnement infrarouge, qui permettent de bien naviguer dans l'obscurité.
Énergie solaire
Le soleil est à juste titre le plus puissant émetteur d'énergie de nature thermique. Il réchauffe notre planète à une distance de cent cinquante millions de kilomètres. L'intensité du rayonnement solaire, enregistrée depuis de nombreuses années et par diverses stations situées dans différentes parties de la terre, correspond à environ 1,37 W/m2.
C'est l'énergie du soleil qui est la source de la vie sur la planète Terre. Actuellement, de nombreux esprits sont occupés à essayer de trouver le moyen le plus efficace de l'utiliser. Nous connaissons maintenant les panneaux solaires capables de chauffer les bâtiments résidentiels et de fournir de l'énergie pour les besoins quotidiens.
En conclusion
En résumé, le lecteur peut maintenant définir le transfert de chaleur rayonnante. Décrivez ce phénomène dans la vie et la nature. L'énergie rayonnante est la principale caractéristique de l'onde d'énergie transmise dans un tel phénomène, et les formules énumérées montrent comment la calculer. En position générale, le processus lui-même obéit à la loi de Stefan-Boltzmann et peut prendre trois formes, selon sa nature: le flux de rayonnement incident, rayonnement de son propre type et réfléchi, absorbé et transmis.
