Що таке теплове випромінювання

Ніколи не замислювалися, яким чином сонячне тепло передається на Землю? Навряд чи, розглянуті раніше способи передачі тепла за допомогою конвекції і теплопровідності, працюватимуть в космосі, адже там вакуум, і молекул настільки мало, що передавати енергію вони фізично не можуть.

Сонячна енергія досягає Землі завдяки тепловому випромінюванню. Сонце є величезною природного “лампочкою”, розігрітій до температури 6000 К і знаходиться від нас на відстані в 150 млн. Км. Саме завдяки тепловому випромінюванню частина сонячного тепла досягає поверхні нашої планети, і живить енергією всі живі організми.

Для багатьох буде цікаво дізнатися, що теплову енергію випромінюють абсолютно всі фізичні тіла, якщо їх температура не дорівнює 0 К, чого досягти практично неможливо. Нюанс полягає в тому, що за своєю суттю теплове випромінювання є нічим іншим, як електромагнітними коливаннями. Електромагнітні хвилі утворюються в результаті прискорення і уповільнення електричних зарядів, що відбувається на молекулярному рівні в процесі нагрівання (охолодження) фізичних тіл. Наприклад, робота приладів нічного бачення заснована на тому факті, що живі істоти, включаючи людину, випускають електромагнітні хвилі в інфрачервоному спектрі, невидимі людському оку, але реєстровані апаратурою.

У природі все фізичні тіла випромінюють теплову енергію у всіх напрямках. У разі, якщо два (або кілька) фізичних тіл випромінюють теплову енергію з однаковою інтенсивністю, кажуть, що вони мають однакову температуру. Якщо навколишнє середовище випромінює менше енергії, ніж людина, ми відчуваємо холод, і навпаки.

Коли фізичне тіло розігрівається до температури 1000 К, воно починає випромінювати у видимому червоному спектрі (наприклад, рідкий метал). У міру подальшого нагрівання світіння тіла буде зміщуватися до фіолетової частини спектра (більш високочастотної), і далі, до білої (1700 К).

Принцип теплового випромінювання використовується, наприклад, в нагрівачах променистого опалення. Елементи таких нагрівачів монтуються в стелях, стінах, підлогах, і зігрівають приміщення.

У разі, якщо тіло поглинає 100% падаючого на нього світла, воно називається абсолютно чорним тілом. Його антиподом є абослютно біле (зеракльное) тіло, яке не поглинає теплової енергії взагалі (0%).

Всі інші фізичні тіла знаходяться між чорним і білим тілом, поглинаючи якусь частину світу, а іншу частину – відображаючи в навколишній простір.

За аналогією з конвекцією і теплопровідністю виведемо формулу для розрахунку випромінюваної теплової енергії тіла.

Q α t – кількість теплового випромінювання Q пропорційно часу випускання t (чим більше час теплового випромінювання, тим більше нагрівається тепло).
Q α А – кількість переданої теплової енергії Q пропорційно загальній площі А з якої відбувається випромінювання.
Q α Т4 – кількість переданої теплової енергії Q пропорційно температурі Т в четвертого ступеня (встановлено експериментально).
σ = 5,67 · 10-8 Дж (с · м2 · K4) – постійна Стефана-Больцмана (справедлива тільки для абсолютно чорних тіл).
е – випромінювальна (емісійна) здатність тіла (унікальна характеристика конкретного тіла).
Підсумкова формула розрахунку випромінюваної теплової енергії тіла буде мати вигляд:

Q = e · σ · A · t · T4

ПОДІЛИТИСЯ: