promieniowanie cieplne
energia promieniowana przez ciała stałe, ciecze i gazy w wyniku ich temperatury. Taka energia promieniowania ma postać fal elektromagnetycznych i obejmuje całe spektrum elektromagnetyczne, rozciągające się od części widma fal radiowych poprzez części podczerwieni, widzialne, ultrafioletowe, rentgenowskie i gamma. Z większości gorących ciał na Ziemi ta energia promieniowania leży głównie w obszarze podczerwieni., Patrz promieniowanie elektromagnetyczne, promieniowanie podczerwone
promieniowanie jest jedną z trzech podstawowych metod przenoszenia ciepła, pozostałe dwie metody to przewodzenie i konwekcja. Zobacz przewodnictwo (ciepło), konwekcja (ciepło), przenoszenie ciepła
płyta grzejna w temperaturze 260°F (400 K) może nie wykazywać widocznego blasku; ale ręka, która jest trzymana nad nią, wyczuwa promienie rozgrzewające emitowane przez płytę. Temperatura powyżej 1300°F (1000 K) jest wymagana do wytworzenia wyczuwalnej ilości światła widzialnego., W tej temperaturze płyta grzejna świeci na czerwono, a uczucie ciepła znacznie wzrasta, wykazując, że im wyższa temperatura płyty grzejnej, tym większa ilość wypromieniowanej energii. Część tej energii stanowi promieniowanie widzialne, a ilość tego promieniowania widzialnego wzrasta wraz ze wzrostem temperatury. Stalowy piec w temperaturze 2800 ° F (1800 K) wykazuje silny żółty blask. Jeśli drut wolframowy (używany jako żarnik w żarówkach) jest podniesiony przez ogrzewanie oporowe do temperatury 4600°F (2800 K), emituje jasne białe światło., Wraz ze wzrostem temperatury substancji pojawiają się dodatkowe kolory widocznej części widma, sekwencja jest najpierw czerwona, potem żółta, zielona, niebieska i wreszcie fioletowa. Promieniowanie fioletowe ma krótszą długość fali niż promieniowanie czerwone, a także ma wyższą energię kwantową. Aby wytworzyć silne promieniowanie fioletowe, wymagana jest temperatura prawie 5000°F (3000 K). Promieniowanie ultrafioletowe wymaga jeszcze wyższych temperatur. Słońce emituje znaczne promieniowanie ultrafioletowe; jego temperatura wynosi około 10 000°F (6000 K)., Takie temperatury były wytwarzane na ziemi w gazach zjonizowanych przez wyładowania elektryczne. Lampa rtęciowo-parowa i lampa fluorescencyjna emitują duże ilości promieniowania ultrafioletowego. Temperatury do 36 000°F (20 000 K) są jednak nadal zbyt niskie, aby wytwarzać promieniowanie rentgenowskie lub gamma. Gaz utrzymywany w temperaturze powyżej 2 × 106°F (1 × 106 K), spotykany w eksperymentach termojądrowych, emituje promieniowanie rentgenowskie i gamma. Zobacz fuzja jądrowa, promieniowanie ultrafioletowe
ciało czarne definiuje się jako ciało emitujące maksymalną ilość promieniowania cieplnego., Chociaż w przyrodzie nie ma idealnego radiatora ciała czarnego, możliwe jest skonstruowanie go na zasadzie promieniowania jamistego. Zobacz Blackbody
grzejnik wnękowy jest zwykle rozumiany jako ogrzewana obudowa z małym otworem, który pozwala na ucieczkę lub wejście promieniowania. Promieniowanie uciekające z takiej wnęki ma takie same cechy jak promieniowanie ciała czarnego.,
Prawo Kirchhoffa koreluje matematycznie właściwości promieniowania cieplnego materiałów w równowadze termicznej. Często nazywana jest drugą zasadą termodynamiki dla układów promieniujących. Prawo Kirchhoffa można wyrazić następująco: stosunek emisyjności radiatora do absorpcji tego samego radiatora jest funkcją samej częstotliwości i temperatury. Funkcja ta jest taka sama dla wszystkich ciał i jest równa emisyjności ciała czarnego. Konsekwencją prawa Kirchhoffa jest postulat, że ciało czarne ma emisyjność większą niż jakiekolwiek inne ciało., Zobacz prawa Kirchhoffa dotyczące obwodów elektrycznych
prawo promieniowania Plancka przedstawia matematycznie rozkład energii promieniowania cieplnego z 1 cm2 powierzchni ciała Czarnego w dowolnej temperaturze. Sformułowany przez Maxa Plancka na początku XX wieku, położył podwaliny pod rozwój współczesnej fizyki i pojawienie się teorii kwantowej.,
równanie (1) jest matematycznym wyrażeniem prawa promieniowania Plancka, gdzie Rλ jest całkowitą energią wypromieniowaną z ciała mierzoną w watach na centymetr kwadratowy na jednostkę długości fali, przy długości fali λ. Długość fali w tym wzorze mierzona jest w mikrometrach. Ilość T jest temperaturą w kelwinach, A e jest podstawą logarytmów naturalnych. Ilustracja przedstawia wykresy prawa Plancka dla różnych temperatur i pokazuje substancje, które osiągają te temperatury., Należy zauważyć, że substancje te nie będą promieniować zgodnie z prawem Plancka, ponieważ nie są same czarne.
Prawo Stefana-Boltzmanna mówi, że całkowita energia promieniowana z gorącego ciała wzrasta wraz z czwartą mocą temperatury ciała. Prawo to może być wyprowadzone z prawa Plancka przez proces integracji i jest wyrażone matematycznie jako Eq. (2), gdzie RT jest całkowitą ilością promieniowania energii
Dodaj komentarz