3 Παραδείγματα μεταφοράς θερμότητας με ακτινοβολία
1. Εξηγήστε χρησιμοποιώντας παραδείγματα, την έννοια μεταφορά θερμότητας με ακτινοβολία ?
Συζήτηση
Η μεταφορά θερμότητας με ακτινοβολία είναι η μεταφορά θερμότητας με τη μορφή ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. Ένα παράδειγμα μεταφοράς θερμότητας με ακτινοβολία είναι η μεταφορά θερμότητας από τον ήλιο στη Γη. Μεταξύ της Γης και του ήλιου υπάρχει κενό ή σχεδόν κενό, επομένως η θερμότητα που προέρχεται από τον ήλιο, σε υψηλότερη θερμοκρασία, στη γη, σε χαμηλότερη θερμοκρασία, δεν μπορεί να περάσει μέσα από την ύλη. Το φως που προέρχεται από τον ήλιο στη Γη είναι ένα ηλεκτρομαγνητικό κύμα, όπως και πολλά άλλα ηλεκτρομαγνητικά κύματα, επομένως μπορεί να συναχθεί το συμπέρασμα ότι η θερμότητα μετακινείται από τον ήλιο στη Γη με τη μορφή ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων.
2. Γιατί το σώμα νιώθει ζεστό και αποπνικτικό όταν φοράει μαύρα ρούχα μια ζεστή μέρα; Αν ναι, ποιο χρώμα ρούχων είναι κατάλληλο να φοράει κανείς όταν ο αέρας είναι πολύ ζεστός και όταν ο αέρας είναι πολύ κρύος;
Συζήτηση
Κάθε χρώμα έχει διαφορετική ικανότητα να απορροφά τη θερμότητα που εκπέμπεται από άλλα αντικείμενα. Το μαύρο απορροφά σχεδόν όλη τη θερμότητα που πέφτει πάνω του, ενώ το λευκό αντανακλά σχεδόν όλη τη θερμότητα που πέφτει πάνω του. Το να φοράτε μαύρα ρούχα μια ζεστή μέρα μπορεί να κάνει το σώμα σας να ζεσταθεί, επειδή το μαύρο απορροφά σχεδόν όλη τη θερμότητα που προέρχεται από τον ήλιο ή τον αέρα.
Τα αντικείμενα με μαύρες επιφάνειες έχουν συντελεστή εκπομπής κοντά στο 1, ενώ τα λευκά αντικείμενα έχουν συντελεστή εκπομπής κοντά στο 0. Ο συντελεστής εκπομπής έχει τιμή μεταξύ 0 και 1. Όσο μεγαλύτερη είναι η συντελεστής εκπομπής ενός αντικειμένου (e κοντά στο 1), τόσο περισσότερη θερμότητα εκπέμπει ή απορροφά το αντικείμενο. Αντίθετα, όσο μικρότερη είναι η συντελεστής εκπομπής ενός αντικειμένου (e κοντά στο 0), τόσο λιγότερη θερμότητα εκπέμπει ή απορροφά το αντικείμενο.
Όταν ο αέρας είναι πολύ ζεστός, τα ρούχα που φοράτε πρέπει να είναι ανοιχτόχρωμα (για παράδειγμα λευκά) και όταν ο αέρας είναι πολύ κρύος, τα ρούχα που φοράτε πρέπει να είναι σκούρα (για παράδειγμα μαύρα).
3. Η ακτίνα της γης είναι γνωστή ως 149,6 x 106 km και η εκπεμψιμότητα της Γης είναι 0,95. Υπολογίστε τον ρυθμό μεταφοράς θερμότητας μέσω ακτινοβολίας από τον ήλιο στην επιφάνεια της Γης κατά τη διάρκεια της ημέρας, όταν ο ήλιος βρίσκεται ακριβώς από πάνω!
Συζήτηση
Είναι γνωστό ότι:
Ακτίνα της Γης (r) = 149,6 x 106 χλμ. = 149,6 x 109 μετρητής
Επιφάνεια της Γης (A) = π r2 = (3,14)(49,6 x 109 m)2 = (3,14)(2460,16 x 1018 m2) = 7725 x 1018 m2
Εκπομπική ικανότητα της Γης = 0,95
Ερωτηθείς: Ρυθμός ηλιακής ακτινοβολίας (Q/t)
Απάντηση:
Τύπος ρυθμού ηλιακής ακτινοβολίας:
Q/t = (1000 W/m2) e A cos θ
Πληροφορίες:
Q/t = ρυθμός ηλιακής ακτινοβολίας, 1000 W/m2 = ηλιακή σταθερά, e = συντελεστής εκπομπής, A = επιφάνεια του αντικειμένου, θ = γωνία που σχηματίζεται μεταξύ των ακτίνων του ήλιου και της κάθετου γραμμής προς την επιφάνεια της γης.
Όταν ο ήλιος βρίσκεται ακριβώς από πάνω, το ηλιακό φως είναι κάθετο στην επιφάνεια της Γης. Όταν είναι κάθετο στην επιφάνεια της Γης, το ηλιακό φως σχηματίζει γωνία 0 ° με την κάθετο στην επιφάνεια της Γης.
Q/t = (1000 W/m2) e A cos θ
Q/t = (1000 W/m2)(0,95)(7725 x 1018 m2)(cos 0o)
Q/t = (1000 W/m2)(0,95)(7725 x 1018 m2) (1)
Q/t = (1000 W/m2)(0,95)(7725 x 1018 m2) (1)
Q/t = 7.338.750 x 1018
Q/t = 7,34 x 1024 Τζάουλ/δευτερόλεπτο
