3 Esimerkkejä lämmönsiirrosta säteilyn avulla
1. Selitä esimerkkien avulla merkitys lämmönsiirto säteilyn avulla ?
Keskustelu
Säteilylämmönsiirto on lämmön siirtymistä sähkömagneettisten aaltojen muodossa. Esimerkki säteilylämmönsiirrosta on lämmön siirtyminen auringosta maahan. Maan ja auringon välillä on tyhjiö tai lähes tyhjiö, joten auringosta korkeammassa lämpötilassa maahan, matalammassa lämpötilassa, tuleva lämpö ei voi kulkea aineen läpi. Auringosta maahan tuleva valo on sähkömagneettinen aalto, kuten monet muutkin sähkömagneettiset aallot, joten voidaan päätellä, että lämpö siirtyy auringosta maahan sähkömagneettisten aaltojen muodossa.
2. Miksi keho tuntuu kuumalta ja tukkoiselta, kun käyttää mustia vaatteita kuumana päivänä? Jos näin on, minkä väriset vaatteet sopivat käytettäväksi erittäin kuumalla ja erittäin kylmällä ilmalla?
Keskustelu
Jokaisella värillä on erilainen kyky absorboida muiden esineiden säteilemää lämpöä. Musta absorboi lähes kaiken siihen lankeavan lämmön, kun taas valkoinen heijastaa lähes kaiken siihen lankeavan lämmön. Mustan vaatetuksen käyttäminen kuumana päivänä voi saada kehosi tuntumaan kuumalta, koska musta absorboi lähes kaiken auringosta tai ilmasta tulevan lämmön.
Mustapintaisten kappaleiden emissiivisyys on lähellä 1:tä, kun taas valkoisten kappaleiden emissiivisyys on lähellä 0:aa. Emissiivisyyden arvo on 0–1. Mitä suurempi kappaleen emissiivisyys on (e lähellä 1:tä), sitä enemmän lämpöä se säteilee tai absorboi. Kääntäen, mitä pienempi kappaleen emissiivisyys on (e lähellä 0:aa), sitä vähemmän lämpöä se säteilee tai absorboi.
Kun ilma on erittäin kuuma, vaatteiden tulisi olla vaaleita (esimerkiksi valkoisia) ja kun ilma on erittäin kylmä, tummia (esimerkiksi mustia).
3. Maan säteen tiedetään olevan 149,6 x 106 km ja maapallon emissiivisyys on 0,95. Arvioi auringosta maan pinnalle säteilyn lämmönsiirtonopeus päivän aikana, kun aurinko on suoraan yläpuolella!
Keskustelu
Tiedetään, että:
Maan säde (r) = 149,6 x 106 km = 149,6 x 109 mittari
Maan pinta-ala (A) = π r2 = (3,14)(49,6 × 109 m)2 = (3,14)(2460,16 × 1018 m2) = 7725 x 1018 m2
Maan emissiivisyys = 0,95
Kysytty: Auringon säteilynopeus (Q/t)
Vastaus:
Auringon säteilynopeuden kaava:
Q/t = (1000 W/m²2) e A cos θ
Tietoja:
Q/t = auringon säteilynopeus, 1000 W/m²2 = aurinkovakio, e = emissiivisyys, A = kappaleen pinta-ala, θ = auringonsäteiden ja maanpinnan normaaliviivan välille muodostuva kulma.
Kun aurinko on suoraan yläpuolella, auringonvalo on kohtisuorassa maan pintaan nähden. Kohtisuorassa maan pintaan nähden auringonvalo muodostaa 0 ° kulman maan pintaan nähden kohtisuoran normaalin kanssa.
Q/t = (1000 W/m²2) e A cos θ
Q/t = (1000 W/m²2)(0,95)(7725 x 1018 m2)(cos 0o)
Q/t = (1000 W/m²2)(0,95)(7725 x 1018 m2)(1)
Q/t = (1000 W/m²2)(0,95)(7725 x 1018 m2)(1)
Q/t = 7.338.750 x 1018
Q/t = 7,34 x 1024 Joulea/sekunti
