Այստեղ ընթերցողը կգտնի ընդհանուր տեղեկություններ այն մասին, թե ինչ է ջերմափոխանակությունը, ինչպես նաև մանրամասն կքննարկվի ճառագայթային ջերմափոխանակման երևույթը, դրա հնազանդությունը որոշակի օրենքներին, գործընթացի առանձնահատկությունները, ջերմության բանաձևը, կիրառումը: մարդու կողմից ջերմության փոխանցման և բնության մեջ դրա հոսքի մասին:
Մուտք ջերմափոխանակում
Ճառագայթային ջերմության փոխանցման էությունը հասկանալու համար նախ պետք է հասկանալ դրա էությունը և իմանալ, թե որն է այն:
Ջերմափոխանակությունը ներքին տիպի էներգիայի ինդեքսի փոփոխությունն է՝ առանց օբյեկտի կամ առարկայի վրա աշխատանքի, ինչպես նաև առանց մարմնի կատարած աշխատանքի։ Նման գործընթացը միշտ ընթանում է որոշակի ուղղությամբ, այն է՝ ջերմությունը ավելի բարձր ջերմաստիճանի ինդեքս ունեցող մարմնից անցնում է ավելի ցածր ջերմաստիճան ունեցող մարմնի։ Մարմինների միջև ջերմաստիճանների հավասարեցումից հետո գործընթացը դադարում է, և այն իրականացվում է ջերմահաղորդման, կոնվեկցիայի և ճառագայթման օգնությամբ։
- Ջերմային հաղորդունակությունը ներքին էներգիայի փոխանցման գործընթացն է մարմնի մի հատվածից մյուսը կամ մարմինների միջև, երբ դրանք շփվում են:
- Կոնվեկցիան ջերմության փոխանցումն է, որն առաջանում էէներգիայի փոխանցում հեղուկ կամ գազային հոսքերի հետ միասին։
- Ճառագայթումն իր բնույթով էլեկտրամագնիսական է, արտանետվում է որոշակի ջերմաստիճանի վիճակում գտնվող նյութի ներքին էներգիայի շնորհիվ։
Ջերմային բանաձևը թույլ է տալիս հաշվարկներ կատարել՝ որոշելու փոխանցվող էներգիայի քանակը, սակայն չափված արժեքները կախված են ընթացիկ գործընթացի բնույթից.
- Q=cmΔt=սմ(t2 – t1) – ջեռուցում և հովացում;
- Q=mλ – բյուրեղացում և հալում;
- Q=mr - գոլորշու խտացում, եռում և գոլորշիացում;
- Q=mq – վառելիքի այրում:
Կապը մարմնի և ջերմաստիճանի միջև
Որպեսզի հասկանաք, թե ինչ է ճառագայթային ջերմափոխանակությունը, դուք պետք է իմանաք ինֆրակարմիր ճառագայթման մասին ֆիզիկայի հիմնական օրենքները: Կարևոր է հիշել, որ ցանկացած մարմին, որի ջերմաստիճանը բացարձակ թվերով զրոյից բարձր է, միշտ ջերմային էներգիա է ճառագայթում: Այն գտնվում է էլեկտրամագնիսական բնույթի ալիքների ինֆրակարմիր սպեկտրում:
Սակայն տարբեր մարմիններ, ունենալով նույն ջերմաստիճանը, կունենան ճառագայթային էներգիա արձակելու տարբեր կարողություններ։ Այս հատկանիշը կախված կլինի տարբեր գործոններից, ինչպիսիք են՝ մարմնի կառուցվածքը, բնույթը, ձևը և մակերեսի վիճակը: Էլեկտրամագնիսական ճառագայթման բնույթը վերաբերում է երկակի, կորպուսկուլյար ալիքին: Էլեկտրամագնիսական տիպի դաշտն ունի քվանտային բնույթ, և դրա քվանտները ներկայացված են ֆոտոններով։ Ատոմների հետ փոխազդելով՝ ֆոտոնները կլանվում են և իրենց էներգիան փոխանցում էլեկտրոններին, ֆոտոնը անհետանում է։ Էներգիայի աստիճանի ջերմային տատանումատոմը մոլեկուլում մեծանում է. Այլ կերպ ասած, ճառագայթվող էներգիան վերածվում է ջերմության:
Ճառագայթված էներգիան համարվում է հիմնական մեծությունը և նշվում է W նշանով, որը չափվում է ջոուլներով (J): Ճառագայթման հոսքը արտահայտում է էներգիայի միջին արժեքը որոշակի ժամանակահատվածում, որը շատ ավելի մեծ է, քան տատանումների ժամանակաշրջանները (ժամանակի միավորի ընթացքում արտանետվող էներգիան): Հոսքի արտանետվող միավորը արտահայտվում է ջոուլներով/վրկ (Ջ/վ), վտ (Վտ) համարվում է ընդհանուր ընդունված տարբերակ:
ներածություն ճառագայթային ջերմության փոխանցմանը
Այժմ ավելին ֆենոմենի մասին։ Ճառագայթային ջերմափոխանակությունը ջերմության փոխանակումն է, այն մի մարմնից մյուսը փոխանցելու գործընթացը, որն ունի ջերմաստիճանի տարբեր ցուցանիշ։ Առաջանում է ինֆրակարմիր ճառագայթման օգնությամբ։ Այն էլեկտրամագնիսական է և գտնվում է էլեկտրամագնիսական բնույթի ալիքային սպեկտրների շրջաններում։ Ալիքի տիրույթը գտնվում է 0,77-ից մինչև 340 մկմ միջակայքում: 340-ից 100 մկմ միջակայքերը համարվում են երկարալիք, 100-15 մկմ-ը պատկանում է միջին ալիքի տիրույթին, իսկ կարճ ալիքների երկարությունը՝ 15-ից մինչև 0,77 մկմ։
Ինֆրակարմիր սպեկտրի կարճ ալիքի հատվածը հարում է տեսանելի լույսին, իսկ ալիքների երկար ալիքները գնում են դեպի գերկարճ ռադիոալիք: Ինֆրակարմիր ճառագայթումը բնութագրվում է ուղղագիծ տարածմամբ, այն ունակ է բեկելու, արտացոլելու և բևեռացման: Կարող է թափանցել մի շարք նյութեր, որոնք անթափանց են տեսանելի լույսի համար:
Այլ կերպ ասած, ճառագայթային ջերմության փոխանցումը կարելի է բնութագրել որպես փոխանցումջերմությունը էլեկտրամագնիսական ալիքի էներգիայի տեսքով, մինչդեռ գործընթացն ընթանում է փոխադարձ ճառագայթման գործընթացում գտնվող մակերեսների միջև:
Ինտենսիվության ինդեքսը որոշվում է մակերևույթների փոխադարձ դասավորությամբ, մարմինների արտանետման և կլանող ունակություններով։ Մարմինների միջև ճառագայթային ջերմության փոխանցումը տարբերվում է կոնվեկցիայի և ջերմահաղորդման գործընթացներից նրանով, որ ջերմությունը կարող է փոխանցվել վակուումի միջոցով: Այս երևույթի նմանությունը մյուսների հետ պայմանավորված է ջերմաստիճանի տարբեր ինդեքսներով մարմինների միջև ջերմության փոխանցմամբ։
Ռադիացիոն հոսք
Մարմինների միջև ճառագայթային ջերմության փոխանցումն ունի որոշակի քանակությամբ ճառագայթային հոսքեր.
- Ներքին ճառագայթային հոսք - E, որը կախված է ջերմաստիճանի T ինդեքսից և մարմնի օպտիկական բնութագրերից:
- Միջադեպ ճառագայթման հոսքեր.
- Կլանված, արտացոլված և փոխանցվող ճառագայթային հոսքերի տեսակները. Ընդհանուր առմամբ, դրանք հավասար են Epad:
Միջավայրը, որտեղ տեղի է ունենում ջերմափոխանակություն, կարող է կլանել ճառագայթումը և ներկայացնել իր սեփականը:
Ճառագայթային ջերմափոխանակությունը որոշակի քանակությամբ մարմինների միջև նկարագրվում է արդյունավետ ճառագայթային հոսքով:
EEF=E+EOTR=E+(1-A)EFAD. Մարմինները, ցանկացած ջերմաստիճանում, ունենալով L=1, R=0 և O=0 ցուցիչներ, կոչվում են «բացարձակ սև»։ Մարդը ստեղծել է «սև ճառագայթում» հասկացությունը։ Այն իր ջերմաստիճանի ցուցանիշներով համապատասխանում է մարմնի հավասարակշռությանը։ Արտանետվող ճառագայթման էներգիան հաշվարկվում է՝ օգտագործելով առարկայի կամ առարկայի ջերմաստիճանը, մարմնի բնույթը դրա վրա չի ազդում:
Օրենքներին հետևելըԲոլցման
Լյուդվիգ Բոլցմանը, ով ապրել է Ավստրիական կայսրության տարածքում 1844-1906 թվականներին, ստեղծել է Ստեֆան-Բոլցմանի օրենքը։ Հենց նա է թույլ տվել մարդուն ավելի լավ հասկանալ ջերմափոխանակության էությունը և գործել ինֆորմացիայով՝ տարիների ընթացքում բարելավելով այն։ Նկատի ունեցեք դրա ձևակերպումը:
Ստեֆան-Բոլցմանի օրենքը ինտեգրալ օրենք է, որը նկարագրում է բացարձակ սև մարմինների որոշ առանձնահատկություններ: Այն թույլ է տալիս որոշել սև մարմնի ճառագայթման հզորության խտության կախվածությունը նրա ջերմաստիճանի ինդեքսից:
Օրենքին հնազանդվել
Ճառագայթային ջերմության փոխանցման օրենքները ենթարկվում են Ստեֆան-Բոլցմանի օրենքին: Ջերմահաղորդման և կոնվեկցիայի միջոցով ջերմության փոխանցման ինտենսիվության մակարդակը համաչափ է ջերմաստիճանին: Ջերմային հոսքի ճառագայթման էներգիան համաչափ է չորրորդ հզորության ջերմաստիճանին: Կարծես հետևյալն է՝
q=σ A (T14 – T2 4).
Բանաձևում q-ն ջերմային հոսքն է, A-ն մարմնի ճառագայթող էներգիայի մակերեսն է, T1 և T2-ն արտանետող մարմինների ջերմաստիճաններն են և շրջակա միջավայրը, որը կլանում է այս ճառագայթումը:
Ջերմային ճառագայթման վերը նշված օրենքը ճշգրիտ նկարագրում է միայն իդեալական ճառագայթումը, որը ստեղծվում է բացարձակ սև մարմնի կողմից (a.h.t.): Կյանքում նման մարմիններ գործնականում չկան։ Այնուամենայնիվ, հարթ սև մակերեսները մոտենում են A. Ch. T. Լույսի մարմինների ճառագայթումը համեմատաբար թույլ է։
Գոյություն ունի արտանետման գործոն՝ հաշվի առնելով բազմաթիվի իդեալականությունից շեղումըգումարի ս.թ. Ստեֆան-Բոլցմանի օրենքը բացատրող արտահայտության ճիշտ բաղադրիչի մեջ: Արտանետման ինդեքսը հավասար է մեկից փոքր արժեքի: Հարթ սև մակերեսը կարող է այդ գործակիցը հասցնել 0,98-ի, մինչդեռ մետաղական հայելին չի գերազանցի 0,05-ը։ Հետևաբար, սև մարմինների համար կլանումները բարձր են, իսկ տեսողական մարմինների համար՝ ցածր:
Մոխրագույն մարմնի (ս.թ.) մասին
Ջերմափոխանակության մեջ հաճախ նշվում է այնպիսի տերմին, ինչպիսին է գորշ մարմինը: Այս օբյեկտը մարմին է, որն ունի մեկից պակաս էլեկտրամագնիսական ճառագայթման սպեկտրալ տիպի կլանման գործակից, որը հիմնված չէ ալիքի երկարության (հաճախականության) վրա։
Ջերմության արտանետումը նույնն է ըստ նույն ջերմաստիճանով սև մարմնի ճառագայթման սպեկտրային կազմի։ Մոխրագույն մարմինը տարբերվում է սևից էներգիայի համատեղելիության ավելի ցածր ցուցանիշով: Մինչև ս.թ. ալիքի երկարությունը չի ազդում: Տեսանելի լույսի ներքո մուրը, ածուխը և պլատինի փոշին (սև) մոտ են մոխրագույն մարմնին։
Ջերմային փոխանցման գիտելիքների կիրառման ոլորտներ
Մեր շուրջը անընդհատ ջերմության արտանետում է տեղի ունենում։ Բնակելի և գրասենյակային տարածքներում հաճախ կարելի է գտնել էլեկտրական տաքացուցիչներ, որոնք զբաղված են ջերմային ճառագայթմամբ, և մենք դա տեսնում ենք պարույրի կարմրավուն փայլի տեսքով. այդպիսի ջերմությունը պատկանում է տեսանելիին, այն «կանգնում է» եզրին: ինֆրակարմիր սպեկտր.
Սենյակի ջեռուցումն իրականում ներգրավված է ինֆրակարմիր ճառագայթման անտեսանելի բաղադրիչով։ Գործում է գիշերային տեսողության սարքջերմային ճառագայթման աղբյուր և ինֆրակարմիր ճառագայթման նկատմամբ զգայուն ընդունիչներ, որոնք թույլ են տալիս լավ կողմնորոշվել մթության մեջ։
Արևի էներգիա
Արևը իրավամբ ջերմային բնույթի էներգիայի ամենահզոր արտանետողն է: Այն տաքացնում է մեր մոլորակը հարյուր հիսուն միլիոն կիլոմետր հեռավորությունից։ Արեգակնային ճառագայթման ինտենսիվությունը, որը գրանցվել է երկար տարիներ և երկրագնդի տարբեր մասերում տեղակայված տարբեր կայանների կողմից, համապատասխանում է մոտավորապես 1,37 Վտ/մ2::
Արեգակի էներգիան է Երկիր մոլորակի վրա կյանքի աղբյուրը։ Ներկայումս շատ ուղեղներ զբաղված են՝ փորձելով գտնել այն օգտագործելու ամենաարդյունավետ միջոցը: Այժմ մենք գիտենք արևային մարտկոցներ, որոնք կարող են տաքացնել բնակելի շենքերը և էներգիա ապահովել ամենօրյա կարիքների համար:
Փակվում է
Ամփոփելով՝ ընթերցողն այժմ կարող է սահմանել ճառագայթային ջերմափոխանակությունը: Նկարագրե՛ք այս երևույթը կյանքում և բնության մեջ: Ճառագայթային էներգիան փոխանցվող էներգիայի ալիքի հիմնական բնութագիրն է նման երեւույթի դեպքում, իսկ թվարկված բանաձեւերը ցույց են տալիս, թե ինչպես կարելի է այն հաշվարկել։ Ընդհանուր դիրքում պրոցեսն ինքնին ենթարկվում է Շտեֆան-Բոլցմանի օրենքին և կարող է ունենալ երեք ձև՝ կախված իր բնույթից՝ հարվածող ճառագայթման հոսք, իր տեսակի ճառագայթում և արտացոլված, կլանված և փոխանցվող։
