Что такое излучение это способ передачи энергии

Излучение

Излучение – передача тепла при помощи электромагнитной энергии.

Задача обучения

• Объяснить, как энергия электромагнитного излучения отвечает длине волны.

Основные пункты

• На энергию электромагнитного излучения влияет длина волны. Заметны перемены в широком диапазоне: меньшая длина соответствует более высокой энергии.
• Все объекты излучают и впитывают электромагнитную энергию. Цвет основывается на способности к излучению или эффективности излучающей энергии. Максимальная эффективность у черного, а наименьшая у белого (1 и 0).
• Идеальные тело излучения именуют черным.

Скорость передачи тепла при излучении вычисляется законом излучения Стефана-Больцмана:

Q/t = σAT 4 , где σ = 5.67 × 10 -8 Дж⋅с -1 ⋅м-2⋅K -4 – постоянная Стефана-Больцмана, A – площадь поверхности объекта, а T – абсолютная температура в кельвинах.

• Чистая скорость передачи тепла связана с температурным показателем тела и окружения. Чем сильнее разница, тем выше чистый тепловой поток.
• Температура тела имеет большое значение, так как излучение выступает пропорциональным этой величине в четвертой степени.

Термины

• Черное тело – теоретический объект, аппроксимированный дырой в полой черной сфере, способный поглотить все попадающие электромагнитные лучи и не отражающий их. Обладает особенным спектром излучения.
• Излучательная способность – склонность поверхности к созданию лучей. Вычисляется на определенной длине волны.

Излучение

Если вы находитесь возле огня или стоите под Солнцем, то можете ощутить теплопередачу. Однако, само пространство между нашей планетой и звездой пустое, а значит лишено конвекции или проводимости. Здесь тепло передается через излучение.

Горячее тело создает электромагнитные волны, поглощаемые нашей кожей. Для такого «контакта» не нужна среда. В зависимости от длины мы называем их радиоволнами, микроволнами, инфракрасными лучами, видимым светом, ультрафиолетовыми лучами, рентгеновскими и гамма.

Крупная передача тепла осуществляется через инфракрасные лучи. Видимый свет передает лишь небольшую часть тепловой энергии. Конвекция принимает участие по мере подъема горячего воздуха, а проводимость наоборот практически незначительна. Кожа чувствительна и быстро реагирует на инфракрасное излучение, поэтому можно ощущать огонь, не прикасаясь к пламени

Энергия электромагнитного излучения основывается на длине волны, и меняется в широком диапазоне: меньшая длина соответствует более высокой энергии. Это выглядит как:

E = HF = hc/λ (E – энергия, f – частота, λ – длина волны, h – постоянная).

При более высоких температурах излучается больший объем тепла. Например, электрический элемент может менять цвет от красного к оранжевому. В основном вы ощущаете инфракрасное излучение, которое по показателям ниже температуры.

Излучаемая энергия зависит от интенсивности, представленной высотой распределения.

(а) – График спектров электромагнитных волн, создаваемых идеальным источником при трех температурных показателях. Интенсивность (скорость излучения) увеличивается вместе с температурой, а спектр смещается в сторону видимой (заштрихованная) и ультрафиолетовой частей спектра. Переход к ультрафиолету приводит к тому, что видимый свет с красного становится белым и синим. (b) – Перемены цвета соответствуют изменению температуры

Теплопередача

Все тела впитывают или воспроизводят электромагнитные лучи. Скорость определяется по цвету объекта. Максимальная эффективность принадлежит черному, а минимальная – белому. Вы могли заметить, что в жару люди стараются избегать темной одежды.

Идеальный источник излучения именуют черным телом. Оно впитывает все поступающие лучи. На противоположном конце спектра – белый (отражает лучи как зеркало).

Есть связь между температурой темного тела и длиной волны. Это закон смещения Вина:

λ_max T = b (где b – постоянная, приравниваемая к 2.9 × 10 -3 м⋅K).

У серых тел однородная способность поглощать все части электромагнитного спектра. Цветные объекты ведут себя похоже, но процесс выглядит намного сложнее. Можно вспомнить о поглощении кожей инфракрасных лучей.

Хорошие и плохие источники излучения

Темное тело – отлично поглощает и излучает, а вот белый – плох в обоих случаях. Скорость теплоотдачи вычисляется по закону Стефана-Больцмана:

Q/t = σeAT 4 (σ = 5.67 × 10 -8 Дж с -1 ⋅м-2⋅K -4 – постоянная Стефана-Больцмана, A – площадь поверхности объекта, а T – абсолютная температура в кельвинах). Символ е обозначает излучательную способность объекта. У черного тела е = 1, а у идеального отражателя е = 0. Реальные объекты попадают между этими двумя значениями. Например, у нитей вольфрамовых ламп е = 0.5, а у сажи – 0.99.

Скорость излучения выступает прямо пропорциональной четвертой степени абсолютной температуры. Кроме того, излучаемое тепло пропорционально площади поверхности тела. Если расшевелите горящие угли, то пламя вспыхнет с новой силой, потому что вы повлияли на площадь.

Чистая скорость теплопередачи

Чистая скорость теплопередачи основывается на температуре тела и его окружающей среды. Допустим, что объект с температурой Т₁ окружен средой с однородной Т₂. Тогда чистая скорость:

, где е – излучаемая способность объекта

То есть, неважно какого цвета будет окружающая среда, потому что баланс излучения зависит на способности самого тела. Когда T₂ > T₁, величина Qnet/t – положительна. То есть, чистый перенос тепла происходит от более горячих объектов к более холодным.

Источник

Излучение

Содержание

В прошлых уроках вы познакомились с такими видами теплопередачи, как тепловодность и конвекция. И в одном, и во втором случае перенос энергии происходил за счет движения частиц или их групп. Значит, если нет вещества, то эти виды теплопередачи невозможны.

Основной источник тепла на нашей планете – это Солнце. Оно находится от нас на расстоянии $15 \cdot 10^7 \space км$. Это пространство содержит очень разреженное вещество, оно близко к вакууму. В такой ситуации невозможна ни конвекция, ни теплопроводность. Каким образом тогда передается тепло от Солнца?

Изучение – вот ответ на наш вопрос. В данном уроке мы познакомимся с процессом излучения на опыте, узнаем его свойства и применение.

Выявление процесса излучения

Рассмотрим следующий опыт (рисунок 1). У нас есть жидкостный манометр и теплоприемник. Соединим их резиновой трубкой между собой.

Нагреем до высокой температуры небольшой кусок металла. С помощью пинцета аккуратно поднесем его к темной стороне теплоприемника (рисунок 1, а).

Уровень жидкости в колене, соединенном с теплоприемником, снизился. Это значит, что воздух в теплоприемнике нагрелся и расширился.

Мы не воздействовали на теплоприемник никаким другим образом. Очевидно, что ему была передана энергия от нагретого куска металла.

Теплопроводность? Нет. Ведь мы не докасались куском металла до теплоприемника. Конвекция? Тоже нет. Нагретое тело находилось рядом с теплоприемником, но не под ним. Передача энергии в данном случае осуществлялась путем излучения.

Излучение – это вид теплопередачи, при котором перенос энергии происходит преимущественно без переноса вещества.

Свойства излучения

• Передача энергии путем излучения отличается от других видов теплопередачи.

Излучение может осуществляться в полном вакууме.

• Все тела излучают энергию: и сильно нагретые, и слабо.

Чем выше температура тела, тем больше энергии оно передаёт путем излучения.

• Излучаемая энергия частично поглощается окружающими телами и частично отражается
• При поглощении энергии тела будут нагреваться по-разному. Это зависит от их поверхности.

Вернемся к нашему опыту (рисунок ). Сначала мы повернули теплоприемник к куску металла темной стороной. Теперь повернем его светлой стороной (рисунок 1, б). Теперь столбик жидкости в колене манометра повысился.

Тела с темной поверхностью лучше поглощают энергию, чем тела со светлой поверхностью.

• Тела, которые излучают энергию, охлаждаются тоже по-разному.

Тела с темной поверхностью охлаждаются быстрее путем излучения, чем тела со светлой поверхностью.

Например, в белом чайнике горячая вода дольше сохранит высокую температуру, чем в черном.

Применение

Солнечное излучение используют для того, чтобы добыть использовать солнечную энергию. Солнечные батареи (рисунок 3) позволяют аккумулировать солнечную энергию, преобразовывать ее для дальнейшего использования человеком.

Крылья самолетов, поверхности воздушных метеозондов красят серебристой краской (рисунок 4). Так используют способность тел по-разному поглощать энергию. Делают это для того, чтобы уменьшить нагрев.

Излучение применяют для сушки и нагрева материалов, в приборах ночного видения, в медицине. Далее во время обучения вы более подробно рассмотрите природу этого явления.

Источник

Что такое излучение это способ передачи энергии

Теплопередача – это способ изменения внутренней энергии тела при передаче энергии от одной части тела к другой или от одного тела к другому без совершения работы. Существуют следующие виды теплопередачи: теплопроводность, конвекция и излучение.

Теплопроводность

Теплопроводность – это процесс передачи энергии от одного тел а к другому или от одной части тела к дpугой благодаря тепловому движению частиц. Важно, что при теплопроводности не происходит перемещения вещества, от одного тела к другом у или от одной части телa к другой передается энергия.

Разные вещества обладают разной теплопроводностью. Если на дно пробирки, наполненной водой, положить кусочек льда и верхний её конец поместить над пламенем спиртовки, то через некоторое время вода в верхней части пробирки закипит, а лёд при этом не растает. Следовательно, вода, так же как и все жидкости, обладает плохой теплопроводностью.

Ещё более плохой теплопроводность ю обладают газы. Возьмём пробирку, в которой нет ничего, кроме воздуха, и расположим её над пламенем спиртовки. Палец, помещённый в пробирку, не почувствует тепла. Следовательно, воздух и другие газы обладает плохой теплопроводностью.

Хорошими проводниками теплоты являются металлы, самыми плохими — сильно разреженные газы. Это объясняется особенностями их строения. Молекулы газов находятся друг от друга на расстояниях, больших, чем молекулы твёрдых тел, и значительно реже сталкиваются. Поэтому и передача энергии от одних молекул к другим в газах происходит не столь интенсивно, как в твёрдых телах. Теплопроводность жидкости занимает промежуточное положение между теплопроводностью газов и твёрдых тел.

Конвекция

Как известно, газы и жидкости плохо проводят теплоту. В то же время от батарей парового отопления нагревается воздух. Это происходит благодаря такому виду теплопроводности, как конвекция.

Если вертушку, сделанную из бумаги, поместить над источником тепла, то вертушка начнёт вращаться. Это происходит потому, что нагретые менее плотные слои воздуха под действием выталкивающей силы поднимаются вверх, а более холодные движутся вниз и занимают их место, что и приводит к вращению вертушки.

Конвекция — вид теплопередачи, при котором энергия передаётся слоями жидкости или газа. Конвекция связана с переносом вещества, поэтому она может осуществляться только в жидкостях и газах; в твёрдых телах конвекция не происходит.

Излучение

Третий вид теплопередачи — излучение. Если поднести руку к спирали электроплитки, включённой в сеть, к горящей электрической лампочке, к нагретому утюгу, к батарее отопления и т.п., то можно явно ощутить тепло.

Опыты также показывают, что чёрные тела хорошо поглощают и излучают энергию, а белые или блестящие плохо испускают и плохо поглощают её. Они хорошо энергию отражают. Поэтому понятно, почему летом носят светлую одежду, почему дома на юге предпочитают красить в белый цвет.

Путём излучения энергия передаётся от Солнца к Земле. Поскольку пространство между Солнцем и Землёй представляет собой вакуум (высота атмосферы Земли много меньше расстояния от неё до Солнца), то энергия не может передаваться ни путём конвекции, ни путём теплопроводности. Таким образом, для передачи энергии путём излучения не требуется наличия какой-либо среды, эта теплопередача может осуществляться и в вакууме.

Конспект урока «Виды теплопередачи: теплопроводность, конвекция, излучение».

Источник

Передача тепла излучением

Излучение является одним из способов передачи тепла. Вы сами можете испытать его воздействие, когда выходите из душа мокрыми, ежась от холода. В этот момент, подойдя поближе к светящейся в ванной комнате лампе накаливания, без прикосновения к ней (иначе обожжётесь) можно почувствовать её тепло. Из-за чего так происходит? Конечно, из-за того, что здесь действует простой физический закон. Горячая лампа испускает в направлении вас тепловые лучи и согревает вас благодаря излучению.

Передача тепла излучением от лампы происходит таким же образом, каким тепло доходит до нас от солнца. Ведь Солнце является огромным тепловым реактором, расположенным на расстояние в 149 миллионов километров от нашей планеты. И на Земле нет ничего, что было бы способно производить даже малую часть той энергии, которая поступает к нам сквозь вакуум космоса. Солнечная энергия попадает на Землю в виде излучения, которое вы можете самостоятельно почувствовать, если, выйдя на улицу в солнечный день, позволите солнцу согреть ваше лицо своими лучами.

Физика передачи тепла иизлучением

Тепловое излучение представляет из себя электромагнитные волны. С излучением электромагнитные волны переносят энергию. Эти волны возбуждается электрическими зарядами, которые движутся с ускорением. На микроскопическом уровне при увеличении температуры объектов, частицы, из которых состоят эти объекты, начинают колебаться все сильнее и сильнее, вызывая все большее ускорение электрических зарядов. Таков механизм возникновения теплового излучения.

Любой объект в нашем окружении постоянно испускает тепловые лучи. К примеру, рожок мороженого тоже излучает тепловую энергию. И даже вы всё время её излучаете, но этого не видно, так как это свечение находится в инфракрасной части спектра. Тем не менее, этот свет становятся видимым при использовании приборов, работающих в инфракрасном диапазоне, что вам, вероятно, знакомо благодаря кино или телевидению. Вы даже сможете сделать своё «инфракрасное селфи» с помощью тепловизора, если захотите.

Вы осуществляете передачу тепла излучением постоянно и во всех направлениях, в то время как все, что вас окружает, в свою очередь испускает тепловые лучи в вашу сторону. Когда тело имеет такую же температуру, что и все окружающие тела, то все тела в такой системе находятся в тепловом равновесии. Если же окружающая вас среда не излучает тепло в вашу сторону, вы замерзаете. Именно поэтому космический вакуум такой холодный. Вам не нужно прикасаться к чему-либо в космическом пространстве, чтобы утратить тепло своего тела и замерзнуть, вы потеряете все тепло не из-за теплопередачи или конвекции (это два других возможных способа передачи тепла, кроме излучения), а из-за того, что тепловая энергия излучится из вашего тела в окружающее космическое пространство.

Когда объект нагревается до высокой температуры, он начинает светиться красным цветом (это объясняет, почему вы, излучая тепловую энергию, не начинаете светиться красным в видимом спектре — ваша температура для того слишком мала). В процессе дальнейшего нагревания объекта, цвет его излучения меняется, проходя через оранжевый, желтый и дальше по спектру, чем горячее — тем меньше длина волны излучения.

Источник