värmestrålning
den energi som utstrålas av fasta ämnen, vätskor och gaser till följd av deras temperatur. Sådan strålningsenergi är i form av elektromagnetiska vågor och täcker hela det elektromagnetiska spektrumet, som sträcker sig från radiovågsdelen av spektrumet genom de infraröda, synliga, ultravioletta, röntgen-och gamma-ray-delarna. Från de flesta heta kroppar på jorden ligger denna strålande energi till stor del i den infraröda regionen., Se elektromagnetisk strålning, infraröd strålning
strålning är en av de tre grundläggande metoderna för värmeöverföring, de andra två metoderna är ledning och konvektion. Se ledning (värme), konvektion (värme), värmeöverföring
en värmeplatta vid 400 K får inte visa någon synlig glöd, men en hand som hålls över den känner av uppvärmningsstrålarna som emitteras av plattan. En temperatur på mer än 1000°F (1000 K) krävs för att producera en märkbar mängd synligt ljus., Vid denna temperatur lyser en värmeplatta rött och känslan av värme ökar avsevärt, vilket visar att ju högre temperaturen på värmeplattan desto större är mängden utstrålad energi. En del av denna energi är synlig strålning, och mängden av denna synliga strålning ökar med ökande temperatur. En stålugn vid 1800 ° F (2800 ° f) visar en stark gul glöd. Om en volframtråd (som används som glödtråd i glödlampor) höjs genom motståndsuppvärmning till en temperatur av 4600°f (2800 K), avger den ett starkt vitt ljus., När temperaturen hos ett ämne ökar uppträder ytterligare färger av den synliga delen av spektrumet, sekvensen är först röd, sedan gul, grön, blå och slutligen violett. Den violetta strålningen är av kortare våglängd än den röda strålningen, och den är också av högre kvantenergi. För att producera stark violett strålning krävs en temperatur på nästan 5000 ° f (3000 K). Ultraviolett strålning kräver ännu högre temperaturer. Solen avger betydande ultraviolett strålning; dess temperatur är ca 10.000 ° f (6000 K)., Sådana temperaturer har producerats på jorden i gaser joniserade av elektriska urladdningar. Kvicksilverånglampan och fluorescerande lampan avger stora mängder ultraviolett strålning. Temperaturer upp till 36,000°f (20,000 K) är dock fortfarande mycket för låga för att producera röntgen-eller gammastrålning. En gas som hålls vid temperaturer över 1 × 106 ° F (1 × 106 K), påträffas i kärnfusionsexperiment, avger röntgen-och gammastrålar. Se kärnfusion, ultraviolett strålning
en svartkropp definieras som en kropp som avger den maximala mängden värmestrålning., Även om det inte finns någon perfekt svartkroppsradiator i naturen, är det möjligt att konstruera en på principen om kavitetsstrålning. Se Blackbody
en kavitetsradiator brukar förstås som ett uppvärmt hölje med en liten öppning som tillåter viss strålning att fly eller komma in. Den flyktiga strålningen från ett sådant hålrum har samma egenskaper som svartkroppsstrålning.,
Kirchhoffs lag korrelerar matematiskt värmestrålningsegenskaperna hos material vid termisk jämvikt. Det kallas ofta termodynamikens andra lag för strålningssystem. Kirchhoffs lag kan uttryckas enligt följande: förhållandet mellan emissiviteten hos en värme radiator och absorptiviteten hos samma radiator är en funktion av frekvens och temperatur ensam. Denna funktion är densamma för alla kroppar, och den är lika med en svartkropps emissivitet. En följd av Kirchhoffs lag är postulatet att en blackbody har en emissivitet som är större än någon annan kropp., Se Kirchhoffs lagar om elektriska kretsar
Plancks strålningslag representerar matematiskt energifördelningen av värmestrålningen från 1 cm2 av en svartkropps yta vid vilken temperatur som helst. Formulerad av Max Planck i början av 1900-talet lade den grunden för utvecklingen av modern fysik och tillkomsten av kvantteori.,
ekvation (1) är det matematiska uttrycket av Plancks strålningslag, där Rλ är den totala energin som utstrålas från kroppen mätt i watt per kvadratcentimeter per våglängd, vid våglängden λ. Våglängden i denna formel mäts i mikrometer. Mängden T är temperaturen i kelvins, och e är basen för de naturliga logaritmerna. Illustrationen visar grafer av Plancks lag för olika temperaturer och visar ämnen som uppnår dessa temperaturer., Det bör noteras att dessa ämnen inte kommer att utstråla som förutspås av Plancks lag eftersom de inte är svartkroppar själva.
Stefan-Boltzmann-lagen säger att den totala energin som utstrålas från en varm kropp ökar med den fjärde kraften i kroppens temperatur. Denna lag kan härledas från Plancks lag genom integrationsprocessen och uttrycks matematiskt som Eq. (2), där RT är den totala mängden energi radiat
Lämna ett svar