THERMAL RADIATION: MGA KATANGIAN, HALIMBAWA, APPLICATION - PISIKAL - 2025

Ang thermal radiation ay ang enerhiya na ipinadala ng isang katawan na may temperatura at sa pamamagitan ng mga haba ng haba ng haba ng infrared electromagnetic spectrum. Ang lahat ng mga katawan nang walang pagbubukod ay naglalabas ng ilang infrared radiation, gaano man kalumbay ang kanilang temperatura.

Ito ay nangyayari na kapag sila ay nasa pinabilis na paggalaw, mga de-koryenteng sisingilin ng mga particle ay mag-oscillate at salamat sa kanilang kinetic energy, patuloy silang naglalabas ng mga electromagnetic waves.

Larawan 1. Kami ay pamilyar sa thermal radiation na nagmula sa Araw, na sa katunayan ang pangunahing mapagkukunan ng enerhiya ng init. Pinagmulan: Pxhere.

Ang tanging paraan na ang isang katawan ay hindi naglalabas ng thermal radiation ay para sa mga partikulo nito na maging ganap na pahinga. Sa ganitong paraan, ang temperatura nito ay magiging 0 sa scale ng Kelvin, ngunit ang pagbabawas ng temperatura ng isang bagay sa isang puntong ito ay isang bagay na hindi pa nakamit.

Mga katangian ng thermal radiation

Ang isang kamangha-manghang pag-aari na nagpapakilala sa mekanismo ng paglilipat ng init mula sa iba ay hindi na kailangan ng isang materyal na daluyan upang makabuo nito. Kaya, ang enerhiya na pinalabas ng Araw, halimbawa, ay naglalakbay ng 150 milyong kilometro sa espasyo at patuloy na narating ang Earth.

Mayroong isang modelo ng matematika upang malaman ang dami ng thermal energy bawat yunit ng oras na ang isang bagay ay nagliliwanag:

Ang equation na ito ay kilala bilang batas ni Stefan at lumilitaw ang mga sumusunod na dami:

- Ang thermal energy bawat yunit ng oras P, na kilala bilang kapangyarihan at kung saan ang yunit sa International System of Units ay ang watt o watt (W).

-Ang ibabaw na lugar ng bagay na naglalabas ng init A, sa mga parisukat na metro.

-Ang palagiang, tinawag na Stefan - Boltzman na palagi , na ipinapahiwatig ng σ at ang halaga ay 5.66963 x10 ^-8 W / m ² K ⁴ ,

-Ang kaligtasan (tinatawag ding emittance) ng bagay at, isang dimensionless na dami (walang yunit) na ang halaga ay nasa pagitan ng 0 at 1. Ito ay may kaugnayan sa likas na katangian ng materyal: ang gayong salamin ay may mababang paglabas, samantalang ang isang madilim na katawan ay may mataas na paglabas.

-At sa wakas ang temperatura T sa kelvin.

Mga halimbawa ng thermal radiation

Ayon sa batas ni Stefan, ang rate kung saan ang isang bagay na naglalagay ng enerhiya ay proporsyonal sa lugar, ang paglabas, at ang ika-apat na kapangyarihan ng temperatura.

Dahil ang rate ng paglabas ng thermal energy ay nakasalalay sa ika-apat na lakas ng T, malinaw na ang maliit na pagbabago sa temperatura ay magkakaroon ng malaking epekto sa radiation na pinalabas. Halimbawa, kung ang doble ng temperatura, ang radiation ay tataas ng 16 beses.

Ang isang espesyal na kaso ng batas ni Stefan ay ang perpektong radiator, isang ganap na malabo na bagay na tinatawag na isang itim na katawan, na ang pagiging emissivity ay eksaktong 1. Sa kasong ito, ang batas ni Stefan ay ganito ang hitsura:

Nangyayari na ang batas ni Stefan ay isang modelo ng matematika na halos naglalarawan ng radiation na inilalabas ng anumang bagay, dahil isinasaalang-alang nito ang pagkakapagsaya bilang isang pare-pareho. Ang pagiging aktibo ay talagang nakasalalay sa haba ng haba ng inilabas na radiation, ang pagtatapos ng ibabaw, at iba pang mga kadahilanan.

Kung ang e ay itinuturing na pare-pareho at ang batas ni Stefan ay inilalapat tulad ng ipinahiwatig sa simula, kung gayon ang bagay ay tinatawag na isang kulay-abo na katawan.

Ang mga halaga ng paggaya para sa ilang mga sangkap na itinuturing bilang kulay abong katawan ay:

-Polished na aluminyo 0.05

-Black carbon 0.95

-Ang balat ng tao ng anumang kulay na 0.97

-Wood 0.91

-Ako 0.92

-Watero 0.91

-Copper sa pagitan ng 0.015 at 0.025

-Steel sa pagitan ng 0.06 at 0.25

Thermal radiation mula sa Araw

Ang isang maliwanag na halimbawa ng isang bagay na naglalabas ng thermal radiation ay ang Sun. Tinatayang na ang bawat segundo, humigit-kumulang na 1,370 J ng enerhiya sa anyo ng electromagnetic radiation ay umaabot sa Earth mula sa Linggo.

Ang halagang ito ay kilala bilang ang palagiang solar at ang bawat planeta ay may isa, na nakasalalay sa average na distansya nito mula sa Araw.

Ang radiation na ito ay sunud-sunod na dumaan sa bawat m ² ng mga layer ng atmospheric at ipinamamahagi sa iba't ibang mga haba ng haba.

Halos lahat ng ito ay nagmumula sa anyo ng nakikitang ilaw, ngunit ang isang magandang bahagi ay nagmumula bilang infrared radiation, na tiyak na nakikita natin bilang init, at ang ilan din bilang mga sinag ng ultraviolet. Ito ay isang malaking halaga ng enerhiya upang matugunan ang mga pangangailangan ng planeta, upang makuha ito at magamit nang maayos.

Sa mga tuntunin ng haba ng haba, ito ang mga saklaw sa loob kung saan natagpuan ang solar radiation na umaabot sa Earth:

- Infrared , kung ano ang nakikita natin bilang init: 100 - 0.7 μm *

- Nakikitang ilaw , sa pagitan ng 0.7 - 0.4 μm

- Ultraviolet , mas mababa sa 0.4 μm

* 1 μm = 1 micrometer o isang milyon ng isang metro.

Batas ni Wien

Ipinapakita ng imahe sa ibaba ang pamamahagi ng radiation sa haba ng haba ng haba para sa iba't ibang mga temperatura. Sinusunod ng pamamahagi ang batas ng paglipat ni Wien, ayon sa kung saan ang haba ng haba ng pinakamataas na radiation λ _max ay kabaligtaran sa temperatura T sa kelvin:

λ _max T = 2.898. 10 ⁻³ m⋅K

Larawan 2. Graph ng radiation bilang isang function ng haba ng daluyong para sa isang itim na katawan. Pinagmulan: Wikimedia Commons.

Ang Araw ay may temperatura ng ibabaw na humigit-kumulang sa 5,700 K at nagliliwanag lalo na sa mas maiikling haba ng haba, tulad ng nakita natin. Ang curve na pinaka malapit na tinatayang iyon ng Araw ay ang 5000 K, sa asul at siyempre ay may pinakamataas sa saklaw ng nakikitang ilaw. Ngunit nagpapalabas din ito ng isang mahusay na bahagi sa infrared at ultraviolet.

Mga aplikasyon ng thermal radiation

Enerhiyang solar

Ang malaking dami ng enerhiya na sinag ng Araw ay maaaring maiimbak sa mga aparato na tinatawag na mga kolektor, upang kalaunan ay ibahin ang anyo at magamit ito nang maginhawang bilang elektrikal na enerhiya.

Infrared camera

Ang mga ito ay mga camera na, tulad ng iminumungkahi ng kanilang pangalan, ay nagpapatakbo sa rehiyon ng infrared sa halip na sa nakikita na ilaw, tulad ng mga karaniwang camera. Sinasamantala nila ang katotohanan na ang lahat ng mga katawan ay naglalabas ng thermal radiation sa isang mas malaki o mas kaunting lawak depende sa kanilang temperatura.

Larawan 3. Larawan ng isang aso na nakuha ng isang infrared camera. Orihinal na ang mas magaan na lugar ay kumakatawan sa mga may pinakamataas na temperatura. Ang mga kulay, na idinagdag sa panahon ng pagproseso upang mapadali ang pagpapakahulugan, ay nagpapakita ng iba't ibang mga temperatura sa katawan ng hayop. Pinagmulan: Wikimedia Commons.

Pyrometry

Kung ang temperatura ay napakataas, ang pagsukat sa kanila ng isang mercury thermometer ay hindi ang pinakamahusay na pagpipilian. Para sa mga ito, ang mga pyrometer ay ginustong, kung saan ang temperatura ng isang bagay ay ibinabawas alam ang pagiging epektibo nito, salamat sa paglabas ng isang electromagnetic signal.

Astronomy

Napakahusay na modelo ng Starlight kasama ang itim na pagsapit ng itim na katawan, pati na rin ang buong uniberso. At para sa bahagi nito, ang batas ni Wien ay madalas na ginagamit sa astronomy upang matukoy ang temperatura ng mga bituin, ayon sa haba ng haba ng ilaw na kanilang pinapalabas.

Industriya ng militar

Ang mga missile ay naglalayong sa target gamit ang mga infrared signal na naghahanap upang makita ang mga pinakamainit na lugar sa sasakyang panghimpapawid, tulad ng mga makina halimbawa.

Mga Sanggunian

1. Giambattista, A. 2010. Physics. Ika-2. Ed. McGraw Hill.
2. Gómez, E. Pag-conduct, convection at radiation. Nabawi mula sa: eltamiz.com.
3. González de Arrieta, I. Mga aplikasyon ng thermal radiation. Nabawi mula sa: www.ehu.eus.
4. NASA Earth Observatory. Enerhiya sa Klima at Enerhiya ng Daigdig. Nabawi mula sa: earthobservatory.nasa.gov.
5. Natahenao. Mga aplikasyon ng init. Nabawi mula sa: natahenao.wordpress.com.
6. Serway, R. Physics para sa Science at Engineering. Dami 1. ika-7. Ed Cengage Learning.