Perpindahan Panas Radiasi (dengan contoh)

Itu Perpindahan panas dengan radiasi Ini terdiri dari aliran energi melalui gelombang elektromagnetik. Karena gelombang ini dapat bergerak melalui ruang hampa dengan kecepatan cahaya, mereka juga dapat mengirimkan panas.

Gelombang elektromagnetik memiliki panjang gelombang kontinu, disebut spektrum Dan itu berubah dari panjang gelombang energi yang lebih lama dan lebih sedikit, ke yang terpendek dan dengan energi yang lebih besar.

Di antara mereka adalah radiasi inframerah, pita di dekat strip panjang gelombang yang terlihat, tetapi di bawahnya. Dengan cara ini sejumlah besar panas dari matahari mencapai bumi, melintasi jutaan kilometer.

Tetapi tidak hanya objek pijar seperti matahari memancarkan panas dalam bentuk radiasi, pada kenyataannya objek apa pun yang terus menerus, hanya ketika suhunya rendah, panjang gelombangnya besar dan karenanya energi, yang berbanding terbalik dengan itu, kecil.

[TOC]

Bagaimana panas ditransmisikan oleh radiasi?

Batubara terbakar mentransmisikan panas dengan radiasi

Elektron bergetar, memancarkan gelombang elektromagnetik. Jika gelombangnya frekuensi rendah, setara dengan mengatakan bahwa panjang gelombangnya panjang dan gerakan gelombang lambat, oleh karena itu ia memiliki sedikit energi. Tetapi jika frekuensinya meningkat, gelombang bergerak lebih cepat dan memiliki lebih banyak energi.

Objek dengan suhu T sering memancarkan radiasi F, sehingga T Dan F Mereka proporsional. Dan karena gelombang elektromagnetik tidak memerlukan media material untuk menyebar, foton inframerah, yang bertanggung jawab untuk menyebarkan radiasi, dapat dipindahkan tanpa masalah kekosongan.

Beginilah radiasi matahari tiba di bumi dan planet -planet lain. Namun, dengan jarak gelombang dilemahkan dan jumlah panas berkurang.

Dapat melayani Anda: Saldo Terjemahan: Kondisi, Contoh, Latihan

Hukum Stefan dan Hukum Wien

Itu Hukum Stefan menyatakan bahwa kekuatan itu bisa⁴, Menurut ekspresi:

P =KEσeT⁴

Dalam unit sistem internasional, daya datang dalam watt (w) dan suhu di kelvin (k). Dalam persamaan ini, A adalah luas permukaan objek, σ Ini adalah konstanta Stefan - Boltzman, yang bernilai 5.66963 x10^-8 W/m² K⁴,

Akhirnya E adalah Emisivitas  salah satu Masalah dari objek, nilai numerik tanpa unit, antara 0 dan 1. Nilai diberikan sesuai dengan material, karena tubuh yang sangat gelap memiliki emisivitas tinggi, cukup kebalikan dari cermin.

Sumber radiasi, seperti filamen bohlam atau matahari, memancarkan radiasi dalam banyak panjang gelombang. Matahari hampir semuanya berada di daerah yang terlihat dari spektrum elektromagnetik.

Antara panjang gelombang maksimum λ_Max Dan suhu emitor adalah hubungan yang diberikan oleh hukum Wien:

λ_Max ∙ t = 2.898 . 10 ⁻³ M⋅k

Radiasi tubuh hitam

Gambar berikut menunjukkan kurva emisi energi tergantung pada suhu di Kelvin, untuk objek yang ideal yang menyerap semua radiasi yang mempengaruhi dan pada gilirannya adalah emitor yang sempurna. Objek ini disebut Tubuh Hitam.

Distribusi panjang gelombang untuk berbagai suhu. Sumber: Wikimedia Commons.

Ruang antara batubara bara dalam oven, berperilaku sebagai pemancar radiasi yang ideal, dari jenis tubuh hitam, dengan pendekatan yang cukup. Banyak percobaan telah dilakukan untuk menentukan kurva suhu yang berbeda dan distribusi panjang gelombang masing -masing.

Seperti dapat dilihat, pada suhu yang lebih tinggi, lebih rendah adalah panjang gelombang, semakin besar frekuensi dan radiasi memiliki lebih banyak energi.

Dengan asumsi bahwa matahari berperilaku seperti tubuh hitam, di antara kurva yang ditunjukkan pada gambar, yang paling dekat dengan suhu permukaan matahari adalah 5500 K. Puncaknya ditemukan dalam panjang gelombang 500 nm (nanometer).

Ini dapat melayani Anda: Perpindahan Panas Konveksi (dengan contoh)

Suhu permukaan matahari sekitar 5700 K. Hukum Wien:

λ_Max = 2.898 × ​​10 ⁻³ m⋅k / 5700 K = 508, 4 nm

Hasil ini kira -kira konsisten dengan yang diamati dalam grafik. Panjang gelombang ini milik daerah spektrum yang terlihat, namun, harus ditekankan bahwa hanya puncak distribusi yang mewakili. Sebenarnya matahari memancarkan sebagian besar energinya di antara panjang gelombang inframerah, spektrum yang terlihat dan ultraviolet.

Contoh Perpindahan Panas dengan Radiasi

Semua objek, tanpa kecuali, memancarkan beberapa bentuk panas dengan radiasi, namun, ada yang jauh lebih penting:

Dapur listrik, pemanggang roti dan pemanas listrik

Dapur adalah tempat yang baik untuk mempelajari mekanisme perpindahan panas, misalnya radiasi dapat terlihat mendekat (dengan hati -hati) tangan ke sanggul listrik yang bersinar dengan cahaya oranye. Atau juga ke kisi -kisi panggangan untuk dipanggang.

Elemen resistif pemanas, pemanggang roti dan oven listrik juga dipanaskan dan mendapatkan cahaya oranye, juga mentransmisikan panas dengan radiasi.

Lampu pijar

Filamen umbi pijar mencapai suhu tinggi, antara 1200 dan 2500 ºC, memancarkan energi yang didistribusikan dalam radiasi inframerah (sebagian besar) dan cahaya yang terlihat, oranye atau kuning.

Matahari

Matahari mentransmisikan panas dengan radiasi ke bumi, melalui ruang yang memisahkannya. Faktanya, radiasi adalah mekanisme perpindahan panas yang paling penting di hampir semua bintang, meskipun yang lain, seperti konveksi, juga memainkan peran penting.

Dapat melayani Anda: Gelombang Linier: Konsep, Karakteristik, Contoh

Sumber energi di dalam matahari adalah reaktor fusi termonuklear dalam nukleus, yang melepaskan energi dalam jumlah besar melalui konversi hidrogen menjadi helium. Bagian yang baik dari energi itu dalam cahaya yang terlihat, tetapi seperti yang dijelaskan sebelumnya, panjang gelombang ultraviolet dan inframerah juga penting.

Bumi

Planet Bumi juga merupakan emitor radiasi, meskipun tidak memiliki reaktor di tengahnya, seperti matahari.

Emisi terestrial disebabkan oleh peluruhan radioaktif dari berbagai mineral di dalamnya, seperti uranium dan radio. Itulah sebabnya bagian dalam tambang dalam selalu panas, meskipun energi termal ini adalah frekuensi yang lebih rendah daripada matahari yang dipancarkan.

Karena atmosfer bumi selektif dengan panjang gelombang yang berbeda, panas matahari mencapai permukaan tanpa masalah, karena atmosfer memungkinkan frekuensi utama lewat.

Namun, atmosfernya buram sebelum radiasi inframerah energi yang lebih rendah, seperti yang dihasilkan di bumi karena penyebab alami dan dengan tangan manusia. Dengan kata lain, itu tidak membiarkannya keluar dari luar dan karenanya berkontribusi pada pemanasan global planet ini.

Referensi

1. Giambattista, a. 2010. Fisika. 2nd. Ed. Bukit McGraw.
2. Giancoli, d.  2006. Fisika: Prinsip dengan aplikasi. 6. Ed Prentice Hall.
3. Hewitt, Paul. 2012. Ilmu Fisik Konseptual. Ke -5. Ed. Pearson.
4. Sears, Zemansky. 2016. Fisika Universitas dengan Fisika Modern. 14. Ed. Volume 1. Pearson.
5. Serway, r., Jewett, J. 2008. Fisika untuk Sains dan Teknik. Volume 1. 7. Ed. Pembelajaran Cengage.
6. Tippens, hlm. 2011. Fisika: Konsep dan Aplikasi. Edisi ke -7. Bukit McGraw.