Šiluminis energijos spinduliavimas

ŠILUMINIS SPINDULIAVIMAS Energijos spinduliavimas – tai kūne sukauptos energijos pernešimas į kitus kūnus elektromagnetinėmis bangomis. Klasikinis tokios energijos pernešimo pavyzdys yra šilumos pernešimas iš Saulės į Žemę. Spinduliavimo energiją perneša elektromagnetiniai virpesiai. Jų bangų ilgiai kinta nuo mikrometro dalių iki daugelio kilometrų. Šiame bangų ilgių intervale elektromagnetinių virpesių savybės yra labai skirtingos. Šilumos pernešimo atžvilgiu įdomiausi yra tokio bangos ilgio elektromagnetiniai virpesiai, kurių visa nešama energija juos sugėrusiame kūne virsta šiluma. Tokiomis savybėmis pasižymi infraraudonieji spinduliai. Jų bangų ilgis  = 0,8...40μm. šie spinduliai dažnai vadinami šiluminiais, o jų sklidimo procesas – šilumos spinduliavimu. Žinoma, kad visi kūnai, kurių temperatūra virš nulio, skleidžia elektromagnetines bangas, t. y. praranda energiją. Jų vidinė energija kartu ir temperatūra turi mažėti. Jei temperatūra nekinta, reiškia yra pastovus energijos papildymas. Kūno skleidžiamoji elektromagnetinė spinduliuotė, atsirandanti dėl jo vidinės energijos mažėjimo, vadinama šilumine arba temperatūrine. Didėjant kūno temperatūrai, spinduliuotės tankis didėja. Kūnas ne tik spinduliuoja, bet ir sugeria šiluminę spinduliuotę. Gali nusistovėti termodinaminė pusiausvyra tarp spinduliuotės ir kūno. Iš visų spinduliuočių tik šiluminė gali būti pusiausvyrioji. Tarkim, kad ertmėje, kuri apsupta idealiai atspindinčiu sluoksniu, yra kūnas. Jo skleidžiamoji spinduliuotė neišsisklaido erdvėje, bet atsispindėjusi nuo sienelių pasilieka ertmėje, krinta vėl į kūną ir iš dalies sugeriama. Tokiomis sąlygomis jokio energijos nuostolio nėra. Tačiau tai nereiškia, kad kūnas ir spinduliuotė tarpusavyje yra pusiausvyroje. Tokios sistemos energiją sudaro spinduliuotės energija, t. y. elektromagnetinių bangų energija, ir kūno vidinė energija. Sistemos būsena bus pusiausvyrioji, jei su laiku energijos pasiskirstymas tarp spinduliuotės ir kūno nesikeičia. Įdėkime į ertmę įkaitintą kūną. Jei per vienetinį laiką kūnas išspinduliuoja daugiau energijos nei sugeria, jo temperatūra krinta. Šiuo atveju spinduliuotė susilpnėja iki to momento, kai susidaro pusiausvyra. Tokia pusiausvyrioji būsena yra stabili. Šilumos spinduliavimas yra būdingas daugeliui kūnų ir priklauso nuo jų savybių bei temperatūros, be to, daugelis kūnų dar ir sugeria šiluminius spindulius. Šilumos spinduliavimo bei sugėrimo procesai vyksta nuolatos, todėl atsiranda šilumos mainai tarp kūnų. Tokie šilumos mainai vadinami šilumos mainais spinduliavimo būdu. Kūnas , ant kurio paviršiaus krinta šiluminiai spinduliai, nešantys Q J/s energijos, sugeria ne visą šią energiją,- dalį jos atspindi, o dalį praleidžia. Vadinasi, šiluminių spindulių nešamas energijos kiekis Q išsiskaido į tris dalis: Q=QA+QR+QD; Čia QA, QR, QD – kūno sugeriamos, atspindimos ir praleidžiamos energijos kiekiai. A+R+D =1 Dydžiai A, R ir D vadinami sugėrimo, atspindžio ir praleidimo koeficientais. Priklausomai nuo kūno savybių A, R, ir D gali kisti nuo 0 iki 1. Jeigu A=1, R =0 ir D=0, tai kūnas sugeria visus ant jo krintančius šiluminius spindulius ir vadinamas absoliučiai juodu. Jeigu R =1, A=0 ir D=0, tai kūnas atspindi visus ant jo krintančius šiluminius spindulius ir yra vadinamas veidrodiniu, arba absoliučiai baltu, priklausomai nuo to, ar atspindėjimas yra veidrodinis, ar difuzinis (matinis). Pirmuoju atveju atsispindėjusio spindulio kampas su paviršiumi yra lygus krintančio spindulio kampui su paviršiumi. Antruoju atveju nepriklausomai nuo kritimo kampospinduliai atspindimi viendai į visas puses. Jeigu D=1, A=0 ir R =0, tai kūnas praleidžia visus ant jo krintančiusšiluminius spindulius ir yra vadinamas absoliučiai skaidriu. Absoliučiai juodų, baltų ir skaidrių kūnų gamtoje nėra. Tačiau, pavyzdžiui, naftos suodžiai sugeria iki 98% visų krintančių šiluminių spindulių, t.y. A0,98, poliruotas auksas atspindi iki 98% visų šiluminių spindulių, t.y. jo R0,98, dviatomės ir vienatomės dujos praleidžia beveik visus šiluminius spindulius, t.y. jų D1. Pagrindiniai šiluminio spinduliavimo dėsniai Pagrindinis šiluminę spinduliuotę nusakantis dydis yra jo temperatūra. Tarkim, kad turime kelis kūnus, įkaitintus iki skirtingų temperatūrų ir esančių ertmėje, apsuptoje šilumos nepraleidžiančiuoju apvalkalu ir idealiai atspindinčiomis sienelėmis, o viduje vakuumas, t. y. nėra šilumos apsikeitimo laidumo ir konvekcijos būdu. Kūnai energija keičiasi spinduliuotės būdu. Kiekvieno kūno spinduliuotė priklauso nuo jo temperatūros. Be to, šiltesnieji kūnai vėsta, nes spinduliuoja didesnį energijos kiekį, negu gauna iš supančiųjų kūnų, o šaltesnieji kūnai įkaista, nes gauna daugiau energijos, negu atiduoda. Ertmės vidus visuomet užpildytas spinduliuotės energija. Bandymai rodo, kad galiausiai nusistovi stacionarioji būsena (šiluminė pusiausvyra), kurioje visi kūnai įgyja vienodą temperatūrą. Tokioje būsenoje kūnai per vienetinį laiką sugeria tiek energijos, kiek atiduoda, ir spinduliuotės energijos tankis erdvėje įgyja tam tikrą vertę, atitinkančią duotąją temperatūrą. Iš to išplaukia, kad jei dviejų kūnų sugerties geba skirtinga, jų spinduliavimo geba negali būti vienoda. Kitaip tariant, jei du kūnai sugeria skirtingą energijos kiekį, tai ir jų spinduliuotės yra skirtingos. Kūno spinduliavimo geba E yra energijos srautas, skleidžiamas vienetiniu kūno paviršiumi visomis kryptimis: E = d‘/dS . Jei į vienetinį paviršių krinta šviesos srautas d, tai jo dalį d′ kūnas sugeria. Tada santykis A = d′/d vadinamas kūno sugerties geba. Šiluminėje spinduliuotėje yra įvairios spektrinės sudėties elektromagnetinių bangų, todėl spinduliavimo ir sugerties gebos turi būti priskiriamos tam tikram spektriniam ruožui d: d= Ed; čia E– koeficientas, nusakantis kūno spinduliavimo gebą dažniui . Prisiminus sąryšį = c/, galima išreikšti taip: Minuso ženklas čia fizikinės prasmės neturi. Galima ir taip parašyti: d= Ed Bandymuose pastebėta, kad spinduliavimo geba priklauso ne tik nuo dažnio (arba bangos ilgio), bet ir nuo spinduliuojančiojo kūno temperatūros, todėl reikia dar prirašyti ir indeksą T: d= E,T d. Įvertinus kūno spinduliuotę kiekviename spektro ruože, galima apskaičiuoti pilnutinę spinduliavimo gebą: Didėjant temperatūrai, kūno spinduliuojama energija didėja; didėja skirstinio kreivės ribojamas plotas, t. y. didėja pilnutinė kūno spinduliavimo geba. Kūno sugerties geba taipogi priklauso nuo dažnio (arba bangos ilgio) ir temperatūros. Kūnas, kuris visiškai sugeria krintančiąją į jį visų dažnių spinduliuotę, vadinamas juoduoju kūnu; jo sugerties geba A,T = 1. Sąryšį tarp kūno spinduliavimo gebos ir sugerties gebos nusako Kirchhofo dėsnis: spinduliavimo ir sugerties gebos dalmuo nepriklauso nuo kūno prigimties. Santykis E,T/A,T yra vienodas visiems kūnams ir yra universalioji dažnio ir temperatūros funkcija, nors atskirai įvairių kūnų E,T ir A,T gali gerokai skirtis. Juodajam kūnui (jo sugerties geba lygi vienetui) galima užrašyti taip: čia ε,T – juodojo kūno spinduliavimo geba. Taigi universalioji Kirchhofo funkcija yra ne kas kita, kaip juodojo kūno spinduliavimo geba. Gamtoje nėra kūnų, kurie savo savybėmis atitiktų juodąjį kūną. Suodžiais arba platinos juoduliu padengtų kūnų sugerties geba artima vienetui tik ribotame bangos ilgių ruože. Tolimojoje infraraudonojoje spektro srityje jų sugerties geba mažesnė už vienetą. Tačiau galima pagaminti įrenginį, kuris savo savybėmis labai artimas juodajam kūnui. Tai beveik uždara ertmė difuziškai atspindinčiomis sienelėmis su nedidele skylute. Bet koks spindulys, patekęs per skylutę į ertmės vidų, išeina iš jos tik po labai didelio atspindžių skaičiaus. Jei vieno atspindžio metu atsispindi šviesos srauto dalis k, tai po n atspindžių jis susilpnėja kn kartų. Kadangi k

Daugiau informacijos...

★ Klientai rekomenduoja

Šį rašto darbą rekomenduoja mūsų klientai. Ką tai reiškia?

Mūsų svetainėje pateikiama dešimtys tūkstančių skirtingų rašto darbų, kuriuos įkėlė daugybė moksleivių ir studentų su skirtingais gabumais. Būtent šis rašto darbas yra patikrintas specialistų ir rekomenduojamas kitų klientų, kurie po atsisiuntimo įvertino šį mokslo darbą teigiamai. Todėl galite būti tikri, kad šis pasirinkimas geriausias!