1. Нурлануу аркылуу жылуулук алмашуунун аныктамасы
Ысык күнү кара кийим кийсеңиз же күндүз качан көнүгүү жасасаңыз, кандай сезимде болосуз? Ак кийим кийгениңиз менен салыштырыңыз? Эгер күндүз кара кийим кийсеңиз, анда өзүңүздү ысык сезесиз. Эмне үчүн? Эртең менен күн менен жердин ортосундагы аралык күндүз жана кечинде күн менен жердин ортосундагы аралыкка дээрлик барабар. Анда эмне үчүн эртең менен жана кечинде күндүз салкыныраак, ысыкыраак болот? Бул суроолордун жооптору нурлануу аркылуу жылуулуктун берилишине байланыштуу.
Нурлануу аркылуу жылуулуктун берилиши – бул электромагниттик толкундар түрүндөгү жылуулуктун берилиши. Нурлануу аркылуу жылуулуктун берилишинин мисалдары катары мештин жанында турганда денеңиздин жылуулугу жана күндөн Жерге жылуулуктун берилишин келтирүүгө болот. Күндүн температурасы жогору (болжол менен 6000 Кельвин), ал эми Жердин температурасы төмөн. Күн менен Жердин ортосундагы температура айырмасы жылуулуктун күндөн Жерге (жогорку температура) өтүшүнө алып келет (төмөнкү температура). Эгерде күндөн Жерге жылуулуктун берилиши үчүн жылуулук өткөрүмдүүлүк жана конвекция аркылуу жылуулуктун берилиши сыяктуу ортомчу же чөйрө керек болсо, жылуулук жерге келе албайт; жылуулук вакуум (же дээрлик бош) аркылуу өтүшү керек. Эгерде күндөн жылуулук жок болсо, анда жер бетиндеги жашоо эч качан болбойт, анткени жашоо күндөн энергияны талап кылат.
Нурлануу аркылуу жылуулуктун өтүшүнүн дагы бир мисалы - жалындын жанында сезилген жылуулук. Биз сезген жылуулук жалындын айынан ысып кеткен абадан келип чыкпайт. Буга чейин түшүндүрүлгөндөй, ысык аба кеңейип, тыгыздыгы азаят. Натыйжада, тыгыздыгы азайган аба бизге горизонталдуу түрдө эмес, вертикалдуу түрдө өйдө карай жылат. Денебиз жалындын жанында жылуу же ысык сезилет, анткени жылуулук жалындан (жогорку температура) денебизге (төмөнкү температура) нурлануу аркылуу өтөт.
Нурлануу аркылуу жылуулук алмашуу жылуулук өткөрүмдүүлүк жана конвекция аркылуу жылуулук алмашууга салыштырмалуу бир аз айырмаланат. Жылуулук өткөрүмдүүлүк жана конвекция аркылуу жылуулук алмашуу температура айырмасы бар объектилер бири-бирине тийгенде пайда болот. Башка жагынан алганда, нурлануу аркылуу жылуулук алмашуу тийбестен да болушу мүмкүн.
2. Нурлануу аркылуу жылуулук алмашуунун теңдемеси
Нурлануу аркылуу жылуулук алмашуу ылдамдыгы объектинин аянтына жана объектинин абсолюттук температурасына (Кельвин шкаласы) пропорционалдуу. Беттик аянты чоң объектилердин жылуулук алмашуу ылдамдыгы беттик аянты кичине объектилерге караганда жогору болот.
Ошо сыяктуу эле, мисалы, температурасы 2000 Кельвин болгон объектилердин жылуулук өткөрүмдүүлүгү 2 4 = температурасы 1000 Кельвин болгон объектилерге караганда 16 эсе жогору. Бул жыйынтыкты Йозеф Стефан 1879-жылы ачып, теориялык жактан беш жылдан кийин Людвиг Больцман чыгарган.
Q = жылуулук, t = убакыт, A = нерсенин беттик аянты (м² ) , T = нерсенин абсолюттук температурасы (K) e = эмиссия (өлчөмү 0дөн 1ге чейинки өлчөмсүз сан), σ = 5.67 x 10 -8 Вт/м² . K² (Универсалдуу туруктуу. Стефан-Больцман туруктуусу деп да аталат), Q/t = нурлануу аркылуу жылуулук өткөрүү ылдамдыгы
Караңгы беттүү объектилердин (кара) нурлануусу 1ге жакын, ал эми ачык түстүү объектилердин нурлануусу 0гө жакын. Объектинин нурлануусу канчалык чоң болсо (e 1ге жакындаса), объектиден бөлүнүп чыккан жылуулук ылдамдыгы ошончолук жогору болот. тескерисинче, объектинин нурлануусу канчалык кичине болсо (e 0гө жакындаса), бөлүнүп чыккан жылуулук ылдамдыгы ошончолук төмөн болот. Караңгы түстүү объектилер (кара), адатта, ачык түстүү объектилерге (ак) караганда көбүрөөк жылуулук бөлүп чыгарат деп айта алабыз.
Нурлануунун көлөмү объекттин жылуулук бөлүп чыгаруу жөндөмүн гана эмес, ошондой эле башка объектилерден бөлүнүп чыккан жылуулукту сиңирүү жөндөмүн да аныктайт. Нурлануунун көлөмү 1ге жакын болгон объектилер (кара түстөгү объектилер) өзүнөн бөлүнүп чыккан жылуулуктун дээрлик бардыгын сиңирип алышат. Анын бир аз бөлүгү гана чагылат. Тескерисинче, нурлануунун көлөмү 0гө жакын болгон объектилер (ачык түстөгү объектилер) өзүнөн бөлүнүп чыккан жылуулуктун бир аз бөлүгүн сиңирип алышат. Жылуулуктун көпчүлүк бөлүгү объект тарабынан чагылат. Өзүнө бөлүнүп чыккан жылуулуктун баарын сиңирип алган объекттин нурлануусу = 1. Бул типтеги объект "кара объект" деп аталат. "Кара объект" термини объектилердин кара экенин түшүндүрбөйт, бирок объектилердин өзүнөн бөлүнүп чыккан жылуулуктун баарын сиңирип алуу жөндөмүн түшүндүрөт.
3. Күндөн бөлүнүп чыккан жылуулуктун ылдамдыгы
Эсептөөлөргө таянып (чындыкка ылайык), күндөн Жерге өткөн ар бир чарчы метрге секундасына 1350 Джоул жылуулук бар экени аныкталган. Жаркыраган күнү (булутсуз), ар бир чарчы метрге секундасына 1000 Джоул жылуулук жер бетине келет. Күнөстүү күнү (көп булуттуу), жердин атмосферасы жылуулуктун болжол менен 70% ын сиңирип алат, ал эми жер бетине жылуулуктун 30% гана келет. Жердин атмосферасында жоголгон жылуулуктун чоңдугу көп же аз булуттарга жараша болот. Ар бир чарчы метрге секундасына 1350 Джоул жылуулуктун көлөмү күн константасы деп аталат. Секундасына Джоул (Дж/с) = Ватт болгондуктан, анда күн константасын ар бир чарчы метрге 1350 Ватт = 1350 Вт/м2 деп кайра жаза алабыз.
Күндөн чыккан жылуулук жер бетине жеткенде, жылуулук жер жана жер бетиндеги нерселер тарабынан сиңирилип алынат. Жылуулуктун сиңирүү ылдамдыгы нерсенин эмиссиясына (e), нерсенин бетинин аянтына жана күн нурунун нерсенин бетине перпендикуляр сызык менен пайда кылган бурчуна жараша болот.
маалымат:
Q/t = жылуулукту жутуу ылдамдыгы, 1000 Вт/м2 = күн туруктуусу, e = объекттин нурлануусу, A = объекттин беттик аянты, θ = объекттин бетине перпендикуляр сызыктар менен күн нурунан пайда болгон бурч,
A cos θ = эффективдүү аянт (күн нуруна перпендикуляр болгон объектилердин компоненттик бетинин аянты)
Күндүз күн нурлары жер бетине перпендикуляр сызыкка параллель же дал келет (пайда болгон бурч = 0).
Төмөнкү пайда болгон = 0 o , ошондуктан жылуулукту жутуу ылдамдыгы:
Жер бетине перпендикуляр сызык менен күн нурунун пайда болгон бурчу = 0 ° (cos 0 = 1) болгондо жылуулукту жутуу ылдамдыгы (Q/t) максималдуу болот. Адатта, бул күн Жер бетине перпендикуляр болгон күндүз болот. Андыктан, күндүзгү жарык эртең мененки же кечкиге караганда ысык болсо, таң калуунун кажети жок. Эртең менен жана кечинде пайда болгон бурч 90 ° га жакын.
Эгерде пайда болгон бурч 80 ° болсо , анда жылуулукту жутуу ылдамдыгы:
Эртең менен жана кечинде жылуулукту сиңирүү ылдамдыгы (Q/t) минималдуу, анткени cos θ нөлгө жакын. cos θ канчалык кичине болсо, жылуулукту сиңирүү ылдамдыгы ошончолук төмөн болот.
Батыш горизонтто күн баткан учурда же чыгыш горизонтто көтөрүлө турган учурда, пайда болгон бурч = 90 ° түзөт.
Пайда болгон бурч 90 ° болгондуктан , жылуулукту жутуу ылдамдыгы:
Күн баткандагы же көтөрүлүп бараткандагы жылуулукту жутуу ылдамдыгы (Q/t) = 0.
