Sifat radiasi termal, contoh, aplikasi

Itu Radiasi termal Ini adalah energi yang ditransmisikan oleh tubuh berkat suhunya dan melalui panjang gelombang inframerah dari spektrum elektromagnetik. Semua tubuh tanpa kecuali memancarkan beberapa radiasi inframerah tidak peduli seberapa rendah suhu mereka.

Kebetulan ketika mereka dalam gerakan dipercepat, partikel bermuatan listrik berosilasi dan berkat energi kinetiknya, mereka terus memancarkan gelombang elektromagnetik.

Gambar 1. Kami sangat akrab dengan radiasi termal yang berasal dari matahari, yang sebenarnya merupakan sumber utama energi panas. Sumber: Pxhere.

Satu -satunya cara agar tubuh tidak memancarkan radiasi termal adalah partikel -partikelnya berada dalam sandaran total. Dengan cara ini suhunya akan 0 pada skala Kelvin, tetapi mengurangi ke titik suhu suatu objek adalah sesuatu yang belum tercapai.

[TOC]

Sifat radiasi termal

Properti luar biasa yang membedakan mekanisme perpindahan panas ini dari yang lain, adalah bahwa media material tidak perlu terjadi. Dengan demikian, energi yang dipancarkan oleh matahari, misalnya, menempuh 150 juta kilometer melalui ruang dan tiba di bumi secara terus menerus.

Ada model matematika untuk mengetahui jumlah energi termal per unit waktu yang memancarkan suatu objek:

P =KEσeT⁴

Persamaan ini dikenal sebagai Hukum Stefan dan Besaran berikut muncul:

-Energi termal per unit waktu P, yang dikenal sebagai kekuatan dan yang unitnya dalam sistem unit internasional adalah watt atau watt (w).

-Dia Area superfisial dari objek yang memancarkan panas KE, dalam meter persegi.

-Konstan, dipanggil Stefan Constant - Boltzman, dilambangkan oleh σ Dan nilainya 5.66963 x10^-8 W/m² K⁴,

Dapat melayani Anda: Syok Magnetik: Unit, Rumus, Perhitungan, Contoh

-Itu Emisivitas (Disebut juga Masalah) dari objek Dan, jumlah tanpa dimensi (tanpa unit) yang nilainya antara 0 dan 1. Ini terkait dengan sifat material: misalnya cermin memiliki emisivitas rendah, sedangkan tubuh yang sangat gelap memiliki emisivitas tinggi.

-Dan akhirnya suhu T Di Kelvin.

Contoh radiasi termal

Menurut hukum Stefan, tingkat di mana suatu objek memancarkan energi sebanding dengan daerah tersebut, emisivitas dan daya suhu keempat.

Karena laju emisi energi termal tergantung pada daya keempat T, terbukti bahwa perubahan suhu kecil akan memiliki efek besar pada radiasi yang dipancarkan. Misalnya, jika suhunya berlipat ganda, radiasi akan meningkat 16 kali.

Kasus khusus Hukum Stefan adalah radiator yang sempurna, objek yang benar -benar buram yang disebut Tubuh Hitam, yang emisivitasnya tepat 1. Dalam hal ini, hukum Stefan seperti ini:

P =KEσT⁴

Kebetulan bahwa hukum Stefan adalah model matematika yang kira -kira menggambarkan radiasi yang dikeluarkan oleh objek apa pun, karena menganggap emisivitas sebagai konstan. Sebenarnya emisivitas tergantung pada panjang gelombang radiasi yang dipancarkan, finish permukaan dan faktor lainnya.

Saat dipertimbangkan Dan Sebagai konstan dan hukum Stefan diterapkan sebagaimana ditunjukkan pada awalnya, maka objek itu disebut Tubuh abu -abu.

Nilai emisivitas untuk beberapa zat yang diperlakukan sebagai tubuh abu -abu adalah:

-Aluminium yang dipoles 0.05

-Batubara Hitam 0.95

-Kulit manusia dengan warna apa pun 0.97

-Kayu 0.91

-ICE 0.92

Itu bisa melayani Anda: momen torsion

-Air 0.91

-Tembaga antara 0.015 dan 0.025

-Baja antara 0.06 dan 0.25

Radiasi termal matahari

Contoh nyata dari suatu objek yang memancarkan radiasi termal adalah matahari. Diperkirakan bahwa setiap detik, sekitar 1370 J energi dalam bentuk radiasi elektromagnetik tiba di bumi dari matahari.

Nilai ini dikenal sebagai konstanta matahari Dan setiap planet memiliki satu, yang tergantung pada jarak rata -rata ke matahari.

Radiasi ini secara tegak lurus dilintasi oleh masing -masing m² dari lapisan atmosfer dan didistribusikan dalam berbagai panjang gelombang.

Hampir semuanya datang dalam cahaya yang terlihat, tetapi bagian yang baik datang sebagai radiasi inframerah, yang justru apa yang kita anggap sebagai panas, dan yang lain juga sebagai sinar ultraviolet. Itu adalah sejumlah besar energi yang cukup untuk memenuhi kebutuhan planet ini, untuk menangkapnya dan memanfaatkannya.

Dalam hal panjang gelombang, ini adalah rentang di mana radiasi matahari yang mencapai bumi:

-Inframerah, Yang kita anggap panas: 100 - 0.7 μm*

-Cahaya yang terlihat, Antara 0.7 - 0.4 μm

-Ultraungu, kurang dari 0.4 μm

*1 μm = 1 mikrometer atau sejuta satu meter.

Hukum Wien

Gambar berikut menunjukkan distribusi radiasi sehubungan dengan panjang gelombang untuk beberapa suhu. Distribusinya disebabkan oleh undang -undang perpindahan Wien, yang menurutnya panjang gelombang radiasi maksimum λ_Max Ini berbanding terbalik dengan suhu T di Kelvin:

λ_Max T = 2.898 . 10 ⁻³ M⋅k

Gambar 2. Grafik radiasi tergantung pada panjang gelombang untuk tubuh hitam. Sumber: Wikimedia Commons.

Matahari memiliki suhu permukaan sekitar 5700 K dan memancar terutama dalam panjang gelombang yang lebih pendek, seperti yang telah kita lihat. Kurva yang mendekati sebagian besar matahari adalah 5000 K, berwarna biru dan tentu saja memiliki maksimum dalam kisaran cahaya yang terlihat. Tetapi juga memancarkan bagian yang baik dalam inframerah dan ultraviolet.

Dapat melayani Anda: Proses Isobarik: Rumus, Persamaan, Eksperimen, Latihan

Aplikasi Radiasi Termal

Energi matahari

Sejumlah besar energi yang dipancarkan oleh matahari dapat disimpan pada perangkat yang disebut kolektor, dan kemudian mengubah dan menggunakannya dengan nyaman sebagai listrik.

Kamera inframerah

Mereka adalah kamera yang, seperti namanya, beroperasi di wilayah inframerah alih -alih melakukannya dalam cahaya tampak, seperti ruang umum. Mereka memanfaatkan fakta bahwa semua tubuh memancarkan radiasi termal ke tingkat yang lebih besar atau lebih kecil sesuai dengan suhu mereka.

Gambar 3. Gambar seekor anjing yang ditangkap oleh ruang inframerah. Awalnya area yang paling jelas mewakili suhu tertinggi. Warna, yang ditambahkan saat memproses untuk memfasilitasi interpretasi, menunjukkan suhu yang berbeda dalam tubuh hewan. Sumber: Wikimedia Commons.

Pyrometry

Jika suhu sangat tinggi, ukurlah dengan termometer merkuri bukan yang paling banyak ditunjukkan. Untuk ini, Pyrometer, melalui mana suhu suatu objek disimpulkan mengetahui emisivitasnya, berkat emisi sinyal elektromagnetik.

Astronomi

Cahaya bintang -bintang dimodelkan dengan sangat baik dengan perkiraan tubuh hitam, serta seluruh alam semesta. Dan untuk bagiannya, hukum Wien sering digunakan dalam astronomi untuk menentukan suhu bintang -bintang, sesuai dengan panjang gelombang cahaya yang dipancarkan.

Industri Militer

Peluru kendali.

Referensi

1. Giambattista, a. 2010. Fisika. 2nd. Ed. Bukit McGraw.
2. Gómez, e. Mengemudi, Konveksi dan Radiasi. Pulih dari: eltamiz.com.
3. González de Arrieta, I. Aplikasi Radiasi Termal. Pulih dari: www.Ehu.Eus.
4. NASA Earth Observatory. Iklim dan Anggaran Energi Bumi. Pulih dari: earthobservatory.pot.Pemerintah.
5. NATAHENOO. Aplikasi panas. Pulih dari: cinehenao.WordPress.com.
6. Serway, r. Fisika untuk Sains dan Teknik. Volume 1. 7. Ed. Pembelajaran Cengage.