De thermische straling Het is de energie die door een lichaam wordt overgedragen dankzij zijn temperatuur en door de infrarode golflengten van het elektromagnetische spectrum. Alle lichamen, zonder uitzondering, zenden wat infrarode straling uit, hoe laag de temperatuur ook is..
Het komt voor dat wanneer ze in een versnelde beweging zijn, elektrisch geladen deeltjes oscilleren en dankzij hun kinetische energie continu elektromagnetische golven uitzenden.
De enige manier waarop een lichaam geen warmtestraling afgeeft, is dat de deeltjes volledig in rust zijn. Op deze manier zou zijn temperatuur 0 zijn op de Kelvin-schaal, maar de temperatuur van een object verlagen tot zo'n punt is iets dat nog niet is bereikt..
Artikel index
Een opmerkelijke eigenschap die dit warmteoverdrachtsmechanisme van andere onderscheidt, is dat er geen materiaalmedium nodig is om het te produceren. De energie die bijvoorbeeld door de zon wordt uitgestraald, reist dus 150 miljoen kilometer door de ruimte en bereikt continu de aarde..
Er is een wiskundig model om de hoeveelheid thermische energie per tijdseenheid te kennen die een object uitstraalt:
P =NAARσeT4
Deze vergelijking staat bekend als de wet van Stefan en de volgende grootheden verschijnen:
-Thermische energie per tijdseenheid P., die bekend staat als vermogen en waarvan de eenheid in het internationale systeem van eenheden de watt of watt (W) is.
-De Oppervlakkig gebied van het object dat warmte afgeeft NAAR, in vierkante meters.
-Een constante, genaamd Stefan - Boltzman constant, aangegeven door σ en waarvan de waarde 5,66963 x 10 is-8 W / mtwee K4,
-De emissiviteit (ook wel genoemd emittance) van het object en, een dimensieloze grootheid (zonder eenheden) waarvan de waarde tussen 0 en 1 ligt. Het is gerelateerd aan de aard van het materiaal: een spiegel heeft bijvoorbeeld een laag emissievermogen, terwijl een heel donker lichaam een hoog emissievermogen heeft.
-En tot slot de temperatuur- T in Kelvin.
Volgens de wet van Stefan is de snelheid waarmee een object energie uitstraalt evenredig met het oppervlak, het stralingsvermogen en de vierde macht van de temperatuur..
Aangezien de snelheid waarmee thermische energie wordt uitgezonden afhangt van de vierde macht van T, is het duidelijk dat kleine temperatuurveranderingen een enorm effect zullen hebben op de uitgezonden straling. Als de temperatuur bijvoorbeeld verdubbelt, neemt de straling 16 keer toe.
Een speciaal geval van de wet van Stefan is de perfecte radiator, een geheel ondoorzichtig object genaamd zwart lichaam, waarvan de emissiviteit precies 1 is. In dit geval ziet de wet van Stefan er als volgt uit:
P =NAARσT4
Het komt voor dat de wet van Stefan een wiskundig model is dat ruwweg de straling beschrijft die door een object wordt uitgezonden, aangezien het emissievermogen als een constante beschouwt. De emissiviteit hangt eigenlijk af van de golflengte van de uitgezonden straling, de oppervlakteafwerking en andere factoren..
Bij het overwegen van en als constante en de wet van Stefan wordt toegepast zoals aan het begin aangegeven, dan wordt het object genoemd grijs lichaam.
De emissiviteitswaarden voor sommige stoffen die als grijs lichaam worden behandeld, zijn:
-Gepolijst aluminium 0,05
-Zwarte koolstof 0,95
-Menselijke huid van elke kleur 0.97
-Hout 0.91
-IJs 0.92
-Water 0,91
-Koper tussen 0,015 en 0,025
-Staal tussen 0,06 en 0,25
Een tastbaar voorbeeld van een object dat thermische straling uitzendt, is de zon. Er wordt geschat dat elke seconde ongeveer 1370 J aan energie in de vorm van elektromagnetische straling de aarde bereikt vanaf de zon..
Deze waarde staat bekend als de zonne-constante en elke planeet heeft er een, die afhangt van de gemiddelde afstand tot de zon.
Deze straling passeert elke meter loodrechttwee van de atmosferische lagen en wordt verdeeld over verschillende golflengten.
Bijna alles komt in de vorm van zichtbaar licht, maar een groot deel komt als infrarode straling, en dat is precies wat we waarnemen als warmte, en sommige ook als ultraviolette straling. Het is een grote hoeveelheid energie die genoeg is om aan de behoeften van de planeet te voldoen, om deze op te vangen en op de juiste manier te gebruiken.
In termen van golflengte zijn dit de bereiken waarbinnen de zonnestraling die de aarde bereikt, wordt gevonden:
-Infrarood, wat we waarnemen als warmte: 100 - 0,7 μm *
-Zichtbaar licht, tussen 0,7 - 0,4 μm
-Ultraviolet, minder dan 0,4 μm
* 1 μm = 1 micrometer of een miljoenste van een meter.
De volgende afbeelding toont de verdeling van straling over golflengte voor verschillende temperaturen. De verdeling voldoet aan de verplaatsingswet van Wien, volgens welke de golflengte van de maximale straling λmax. hoogte is omgekeerd evenredig met de temperatuur T in Kelvin:
λmax. hoogte T = 2.898. 10 -3 m⋅K
De zon heeft een oppervlaktetemperatuur van ongeveer 5700 K en straalt, zoals we hebben gezien, voornamelijk bij kortere golflengten. De curve die die van de zon het dichtst benadert, is die van 5000 K, in blauw en heeft natuurlijk het maximum in het bereik van zichtbaar licht. Maar het zendt ook een groot deel uit in infrarood en ultraviolet.
De grote hoeveelheid energie die de zon uitstraalt kan worden opgeslagen in zogenaamde apparaten verzamelaars, om het later te transformeren en gemakkelijk als elektrische energie te gebruiken.
Het zijn camera's die, zoals hun naam al doet vermoeden, werken in het infrarode gebied in plaats van in zichtbaar licht, zoals gewone camera's. Ze profiteren van het feit dat alle lichamen, afhankelijk van hun temperatuur, in meer of mindere mate warmtestraling uitzenden..
Als de temperaturen erg hoog zijn, is meten met een kwikthermometer niet de beste optie. Hiervoor is de pyrometers, waardoor de temperatuur van een object wordt afgeleid door de emissiviteit te kennen, dankzij de emissie van een elektromagnetisch signaal.
Starlight is zeer goed gemodelleerd met de benadering van het zwarte lichaam, evenals het hele universum. En van zijn kant wordt de wet van Wien vaak gebruikt in de astronomie om de temperatuur van sterren te bepalen volgens de golflengte van het licht dat ze uitstralen..
De raketten worden op het doelwit gericht met behulp van infraroodsignalen die de heetste gebieden in het vliegtuig proberen te detecteren, zoals bijvoorbeeld de motoren..
Niemand heeft nog op dit artikel gereageerd.