Di sini pembaca akan menemukan informasi umum tentang apa itu perpindahan panas, dan juga akan mempertimbangkan secara rinci fenomena perpindahan panas secara radiasi, kepatuhannya pada hukum tertentu, fitur proses, rumus panas, penggunaan perpindahan panas oleh manusia dan alirannya di alam.
Masuk ke pertukaran panas
Untuk memahami esensi perpindahan panas radiasi, Anda harus terlebih dahulu memahami esensinya dan mengetahui apa itu?
Perpindahan panas adalah perubahan indeks energi tipe internal tanpa kerja pada benda atau subjek, dan juga tanpa kerja yang dilakukan oleh benda. Proses seperti itu selalu berlangsung dalam arah tertentu, yaitu: panas berpindah dari tubuh dengan indeks suhu yang lebih tinggi ke tubuh dengan indeks yang lebih rendah. Setelah mencapai pemerataan suhu antara benda, proses berhenti, dan dilakukan dengan bantuan konduksi panas, konveksi dan radiasi.
- Konduksi termal adalah proses transfer energi internal dari satu fragmen tubuh ke yang lain atau antara tubuh ketika mereka melakukan kontak.
- Konveksi adalah perpindahan panas yang dihasilkan daritransfer energi bersama dengan aliran cairan atau gas.
- Radiasi bersifat elektromagnetik, dipancarkan karena energi internal suatu zat yang berada dalam keadaan suhu tertentu.
Rumus panas memungkinkan Anda membuat perhitungan untuk menentukan jumlah energi yang ditransfer, namun, nilai terukur bergantung pada sifat proses yang sedang berlangsung:
- Q=cmΔt=cm(t2 – t1) – pemanasan dan pendinginan;
- Q=mλ – kristalisasi dan pencairan;
- Q=mr - kondensasi uap, perebusan dan penguapan;
- Q=mq – pembakaran bahan bakar.
Hubungan antara tubuh dan suhu
Untuk memahami apa itu perpindahan panas radiasi, Anda perlu mengetahui hukum dasar fisika tentang radiasi inframerah. Penting untuk diingat bahwa setiap benda yang suhunya di atas nol secara absolut selalu memancarkan energi panas. Itu terletak pada spektrum inframerah gelombang elektromagnetik alam.
Namun, benda yang berbeda, yang memiliki suhu yang sama, akan memiliki kemampuan yang berbeda untuk memancarkan energi radiasi. Karakteristik ini akan tergantung pada berbagai faktor seperti: struktur tubuh, sifat, bentuk dan kondisi permukaan. Sifat radiasi elektromagnetik mengacu pada gelombang sel ganda. Medan jenis elektromagnetik memiliki karakter kuantum, dan kuantumnya diwakili oleh foton. Berinteraksi dengan atom, foton diserap dan mentransfer energinya ke elektron, foton menghilang. Fluktuasi termal eksponen energiatom dalam molekul meningkat. Dengan kata lain, energi yang dipancarkan diubah menjadi panas.
Energi radiasi dianggap sebagai besaran utama dan dilambangkan dengan tanda W, diukur dalam joule (J). Fluks radiasi menyatakan nilai rata-rata daya selama periode waktu yang jauh lebih besar daripada periode osilasi (energi yang dipancarkan selama satuan waktu). Satuan yang dipancarkan oleh aliran dinyatakan dalam joule per detik (J / s), watt (W) dianggap sebagai opsi yang diterima secara umum.
Pengantar perpindahan panas radiasi
Sekarang lebih banyak tentang fenomena tersebut. Perpindahan panas radiasi adalah pertukaran panas, proses perpindahannya dari satu benda ke benda lain, yang memiliki indeks suhu yang berbeda. Terjadi dengan bantuan radiasi infra merah. Ini adalah elektromagnetik dan terletak di daerah spektrum gelombang yang bersifat elektromagnetik. Rentang gelombang terletak pada kisaran 0,77 hingga 340 m. Rentang dari 340 hingga 100 m dianggap gelombang panjang, 100 - 15 m termasuk dalam rentang gelombang menengah, dan panjang gelombang pendek dari 15 hingga 0,77 m.
Bagian gelombang pendek dari spektrum inframerah berdekatan dengan cahaya tampak, dan bagian gelombang panjang masuk ke gelombang radio ultrashort. Radiasi inframerah ditandai dengan propagasi bujursangkar, mampu membiaskan, memantulkan, dan mempolarisasi. Mampu menembus berbagai bahan yang tidak tembus cahaya hingga cahaya tampak.
Dengan kata lain, perpindahan panas radiasi dapat dicirikan sebagai perpindahanpanas dalam bentuk energi gelombang elektromagnetik, sedangkan proses berlangsung antara permukaan yang berada dalam proses saling radiasi.
Indeks intensitas ditentukan oleh susunan permukaan yang saling menguntungkan, kemampuan memancarkan dan menyerap benda. Perpindahan panas radiasi antar benda berbeda dari proses konveksi dan konduksi panas di mana panas dapat dikirim melalui ruang hampa. Kesamaan fenomena ini dengan yang lain adalah karena perpindahan panas antara benda dengan indeks suhu yang berbeda.
Fluks radiasi
Perpindahan panas radiasi antar benda memiliki sejumlah fluks radiasi:
- Fluks radiasi intrinsik - E, yang bergantung pada indeks suhu T dan karakteristik optik benda.
- Aliran radiasi insiden.
- Jenis fluks radiasi yang diserap, dipantulkan, dan ditransmisikan. Singkatnya, mereka sama dengan Epad.
Lingkungan di mana pertukaran panas terjadi dapat menyerap radiasi dan memperkenalkan radiasinya sendiri.
Pertukaran panas radiasi antara sejumlah benda dijelaskan oleh fluks radiasi efektif:
EEF=E+EOTR=E+(1-A)EFAD. Benda, pada suhu berapa pun, yang memiliki indikator L=1, R=0 dan O=0, disebut "benar-benar hitam". Manusia menciptakan konsep "radiasi hitam". Ini sesuai dengan indikator suhunya dengan keseimbangan tubuh. Energi radiasi yang dipancarkan dihitung menggunakan suhu subjek atau objek, sifat tubuh tidak mempengaruhi ini.
Mengikuti hukumBoltzmann
Ludwig Boltzmann, yang tinggal di wilayah Kekaisaran Austria pada tahun 1844-1906, menciptakan hukum Stefan-Boltzmann. Dialah yang memungkinkan seseorang untuk lebih memahami esensi pertukaran panas dan beroperasi dengan informasi, meningkatkannya selama bertahun-tahun. Perhatikan kata-katanya.
Hukum Stefan-Boltzmann adalah hukum integral yang menjelaskan beberapa ciri benda yang benar-benar hitam. Ini memungkinkan Anda untuk menentukan ketergantungan rapat daya radiasi benda hitam pada indeks suhunya.
Taati hukum
Hukum perpindahan panas radiasi mematuhi hukum Stefan-Boltzmann. Tingkat intensitas perpindahan panas melalui konduksi dan konveksi panas sebanding dengan suhu. Energi radiasi dalam fluks panas sebanding dengan suhu pangkat keempat. Tampilannya seperti ini:
q=A (T14 – T2 4).
Dalam rumus, q adalah fluks panas, A adalah luas permukaan tubuh yang memancarkan energi, T1 dan T2 adalah suhu tubuh yang memancarkan dan lingkungan yang menyerap radiasi ini.
Hukum radiasi panas di atas dengan tepat hanya menjelaskan radiasi ideal yang diciptakan oleh benda yang benar-benar hitam (a.h.t.). Praktis tidak ada tubuh seperti itu dalam kehidupan. Namun, permukaan hitam datar mendekati A. Ch. T. Radiasi dari benda ringan relatif lemah.
Ada faktor emisivitas yang diperkenalkan untuk memperhitungkan penyimpangan dari idealitas banyakjumlah s.t. ke dalam komponen kanan dari ekspresi yang menjelaskan hukum Stefan-Boltzmann. Indeks emisivitas sama dengan nilai yang kurang dari satu. Permukaan hitam datar dapat membawa koefisien ini hingga 0,98, sedangkan cermin logam tidak akan melebihi 0,05. Oleh karena itu, absorbansinya tinggi untuk benda hitam dan rendah untuk benda specular.
Tentang tubuh abu-abu (s.t.)
Dalam perpindahan panas, istilah seperti benda abu-abu sering disebut. Benda ini adalah benda yang memiliki koefisien serapan jenis spektral radiasi elektromagnetik kurang dari satu, yang tidak didasarkan pada panjang gelombang (frekuensi).
Emisi panas adalah sama menurut komposisi spektral radiasi benda hitam dengan suhu yang sama. Tubuh abu-abu berbeda dari yang hitam dengan indikator kompatibilitas energi yang lebih rendah. Untuk tingkat kegelapan spektral s.t. panjang gelombang tidak terpengaruh. Dalam cahaya tampak, jelaga, batu bara, dan bubuk platinum (hitam) berada dekat dengan badan abu-abu.
Bidang penerapan ilmu perpindahan panas
Emisi panas terus terjadi di sekitar kita. Di tempat tinggal dan kantor, Anda sering dapat menemukan pemanas listrik yang terlibat dalam radiasi panas, dan kami melihatnya dalam bentuk cahaya kemerahan dari spiral - panas seperti itu milik yang terlihat, ia "berdiri" di tepi spektrum inframerah.
Memanaskan ruangan, pada kenyataannya, terlibat dalam komponen radiasi infra merah yang tidak terlihat. Perangkat night vision berlakusumber radiasi panas dan penerima yang peka terhadap radiasi infra merah, yang memungkinkan Anda bernavigasi dengan baik dalam gelap.
Energi Matahari
Matahari adalah pemancar energi paling kuat yang bersifat termal. Ini memanaskan planet kita dari jarak seratus lima puluh juta kilometer. Intensitas radiasi matahari, yang telah direkam selama bertahun-tahun dan oleh berbagai stasiun yang terletak di berbagai belahan bumi, setara dengan sekitar 1,37 W/m2.
Ini adalah energi matahari yang merupakan sumber kehidupan di planet Bumi. Saat ini, banyak pikiran sibuk mencari cara paling efektif untuk menggunakannya. Sekarang kita tahu panel surya yang dapat memanaskan bangunan tempat tinggal dan menyediakan energi untuk kebutuhan sehari-hari.
Penutup
Simpulkan, pembaca sekarang dapat mendefinisikan perpindahan panas radiasi. Jelaskan fenomena ini dalam kehidupan dan alam. Energi radiasi adalah karakteristik utama dari gelombang energi yang ditransmisikan dalam fenomena seperti itu, dan rumus yang tercantum menunjukkan cara menghitungnya. Dalam posisi umum, proses itu sendiri mematuhi hukum Stefan-Boltzmann dan dapat memiliki tiga bentuk, tergantung pada sifatnya: fluks radiasi datang, radiasi dari jenisnya sendiri dan dipantulkan, diserap, dan ditransmisikan.
