1. Цацрагаар дамжих дулаан дамжуулалтын тодорхойлолт
Халуун өдөр хар хувцас өмсөх эсвэл өдрийн цагаар дасгал хийх үед ямар мэдрэмж төрдөг вэ? Цагаан хувцас өмсөхтэйгөө харьцуулж үзье. Хэрэв та өдрийн цагаар хар хувцас өмсвөл халуу оргидог. Яагаад? Өглөө нар, дэлхийн хоорондох зай өдөр, орой нар, дэлхийн хоорондох зайтай бараг ижил байдаг. Тэгвэл яагаад өглөө, орой өдрийн цагаар илүү сэрүүн, илүү халуун байдаг вэ? Эдгээр асуултын хариулт нь цацраг туяагаар дамжин дулаан дамжуулахтай холбоотой юм.
Цацраг туяагаар дамжин дулаан дамжуулалт гэдэг нь цахилгаан соронзон долгионы хэлбэрээр дулаан дамжуулалт юм. Цацраг туяагаар дамжин дулаан дамжуулалтын жишээ бол зуухны ойролцоо байх үед таны биеийн дулаан болон нарнаас дэлхий рүү дулаан дамжуулалт юм. Нарны температур өндөр (ойролцоогоор 6000 Кельвин) байдаг бол дэлхийн температур бага байдаг. Нар болон дэлхийн хоорондох температурын зөрүү нь дулааныг нарнаас (өндөр температур) дэлхий рүү (доод температур) шилжүүлэхэд хүргэдэг. Хэрэв нарнаас дэлхий рүү дулаан дамжуулахад дамжуулалт болон конвекцийн дулаан дамжуулалтаар зуучлагч буюу орчин шаардлагатай бол дулаан дэлхий дээр хүрч чадахгүй; дулаан вакуум (эсвэл бараг хоосон)-аар дамжин өнгөрөх ёстой. Хэрэв нарнаас дулаан байхгүй бол дэлхий дээрх амьдрал хэзээ ч оршин тогтнохгүй, учир нь амьдрал нарнаас энерги шаарддаг.
Цацраг туяагаар дамжин дулаан дамжуулалтын өөр нэг жишээ бол бид дөлний ойролцоо байх үед мэдэрдэг дулаан юм. Бидний мэдэрдэг дулаан нь дөлний улмаас хэт халсан агаараас үүсдэггүй. Өмнө тайлбарласны дагуу халуун агаар тэлж, нягтрал буурдаг. Үүний үр дүнд нягтрал багатай агаар бидний зүг хэвтээ чиглэлд биш, харин босоо чиглэлд дээшээ хөдөлдөг. Бидний бие дөлний ойролцоо байх үед дулаан эсвэл халуун мэдрэгддэг, учир нь дулаан нь дөлөөс (өндөр температур) цацраг туяагаар дамжин бидний бие рүү (доод температур) шилждэг.
Цацрагаар дамжин өнгөрөх дулаан дамжуулалт нь дамжуулалт ба конвекцийн дулаан дамжуулалтаас арай өөр юм. Дамжуулах ба конвекцийн дулаан дамжуулалт нь температурын зөрүүтэй объектууд бие биедээ хүрэх үед үүсдэг. Нөгөөтэйгүүр, цацрагаар дамжин өнгөрөх дулаан дамжуулалт нь хүрэлцэхгүйгээр явагдаж болно.
2. Цацрагаар дамжих дулаан дамжуулалтын тэгшитгэл
Цацрагаар дамжих дулаан дамжуулалтын хурд нь объектын талбай болон объектын абсолют температур (Кельвины хэмжээс)-тэй пропорциональ байна. Гадаргуугийн талбай томтой объектууд нь бага гадаргуутай объектуудаас илүү дулаан дамжуулалтын хурд өндөр байдаг.
Үүнтэй адилаар, жишээлбэл, 2000 Кельвин температуртай объектууд нь 1000 Кельвин температуртай объектуудаас 2 4 = 16 дахин их дулаан дамжуулах хурдтай байдаг. Энэ үр дүнг 1879 онд Иосеф Стефан нээсэн бөгөөд онолын хувьд таван жилийн дараа Людвиг Больцман гаргаж авсан.
Q = дулаан, t = хугацаа, A = объектын гадаргуугийн талбай (м2 ) , T = объектын абсолют температур (K) e = ялгаралт (хэмжээ нь 0-ээс 1 хүртэл хэлбэлздэг хэмжээсгүй тоо), σ = 5.67 x 10 -8 Вт /м2.K4 ( Орчлонгийн тогтмол. Стефан-Больцманы тогтмол гэж нэрлэдэг ) , Q/t = цацрагийн дулаан дамжуулалтын хурд
Бараан гадаргуутай (хар) объектуудын цацраг идэвхжил 1-тэй ойролцоо байдаг бол цайвар өнгөтэй объектуудын цацраг идэвхжил 0-тэй ойролцоо байдаг. Объектын цацраг идэвхжил их байх тусам (e 1-д ойртох тусам) объектоос ялгарах дулааны хурд их байдаг. Харин эсрэгээрээ, объектын цацраг идэвхжил бага байх тусам (e 0-д ойртох тусам) ялгарах дулааны хурд бага байдаг. Бараан өнгийн объектууд (хар) нь цайвар өнгийн объектуудаас (цагаан) илүү их дулаан ялгаруулдаг гэж хэлж болно.
Цацрагийн хэмжээ нь зөвхөн объектын дулаан ялгаруулах чадварыг төдийгүй бусад объектуудаас ялгарч буй дулааныг шингээх чадварыг тодорхойлдог. Цацрагийн хэмжээ 1-тэй ойролцоо байгаа объектууд (бараан өнгийн объектууд) өөрсдөөс ялгарч буй бараг бүх дулааныг шингээдэг. Зөвхөн багахан хэсэг нь тусдаг. Үүний эсрэгээр, цацрагийн хэмжээ 0-тэй ойролцоо байгаа объектууд (цайвар өнгийн объектууд) өөрсөддөө ялгарч буй бага зэрэг дулааныг шингээдэг. Дулааны ихэнх хэсгийг объект тусгадаг. Өөр дээрээ ялгарч буй бүх дулааныг шингээдэг объектын цацрагийн хэмжээ = 1 байдаг. Энэ төрлийн объектыг "хар объект" гэж нэрлэдэг. Хар объект гэдэг нэр томъёо нь объектууд хар өнгөтэй гэдгийг тайлбарладаггүй, харин объектууд өөрсөддөө ялгарч буй бүх дулааныг шингээх чадварыг тайлбарладаг.
3. Нарнаас ялгарах дулааны хурд
Бодит байдлын дагуу тооцоололд үндэслэн нарнаас дэлхий рүү шилжихэд нэг квадрат метр тутамд секундэд 1350 Жоул дулаан байгааг тогтоожээ. Гэрэлт өдөр (үүлгүй) дэлхийн гадаргуу дээр нэг квадрат метр тутамд секундэд 1000 Жоул дулаан ирдэг. Нартай өдөр (олон үүлтэй) дулааны 70 орчим хувийг дэлхийн агаар мандал шингээдэг бол дулааны ердөө 30% нь дэлхийн гадаргуу дээр ирдэг. Дэлхийн агаар мандалд алга болох дулааны хэмжээ нь олон эсвэл цөөн үүлнээс хамаарна. Нэг квадрат метр тутамд секундэд 1350 Жоул дулааны хэмжээг нарны тогтмол гэж нэрлэдэг. Секундэд Жоул (Ж/с) = Ватт тул нарны тогтмолыг нэг квадрат метр тутамд 1350 Ватт = 1350 Вт/м2 болгон дахин бичиж болно.
Нарнаас ялгарч буй дулаан дэлхийн гадаргуу дээр ирэхэд дулааныг дэлхий болон дэлхийн гадаргуу дээрх объектууд шингээдэг. Дулаан шингээлтийн хурд нь объектын цацрагийн хэмжээ (e), объектын гадаргуугийн талбай болон объектын гадаргуутай перпендикуляр шугамтай нарны гэрлийн үүссэн өнцгөөс хамаарна.
мэдээлэл:
Q/t = дулаан шингээлтийн хурд, 1000 Вт/м2 = нарны тогтмол, e = объектын цацрагийн хэмжээ, A = объектын гадаргуугийн талбай, θ = объектын гадаргуутай перпендикуляр шугамтай нарны гэрлээс үүссэн өнцөг,
А cos θ = үр дүнтэй талбай (нарны гэрэлд перпендикуляр объектын бүрэлдэхүүн хэсгийн гадаргуугийн талбай)
Өдрийн цагаар нарны туяа дэлхийн гадаргуутай перпендикуляр шугамтай параллель эсвэл давхцдаг (үүсгэсэн өнцөг = 0).
Доод үүссэн = 0 o тул дулаан шингээлтийн хурд нь:
Хэрэв дэлхийн гадаргуутай перпендикуляр шугамтай нарны гэрлийн үүсгэсэн өнцөг нь 0 °C (cos 0=1) байвал дулаан шингээлтийн хурд (Q/t) хамгийн их байна. Ихэвчлэн энэ нь өдрийн цагаар, нар дэлхийн гадаргуутай перпендикуляр байх үед тохиолддог. Тиймээс өдрийн гэрэл өглөө эсвэл оройноос илүү халуун байвал гайхах шаардлагагүй. Өглөө, оройд үүссэн өнцөг нь 90° C -тэй ойролцоо байна.
Хэрэв үүссэн өнцөг нь 80 ° байвал дулаан шингээлтийн хурд нь:
Өглөө болон оройн дулаан шингээлтийн хурд (Q/t) хамгийн бага байдаг, учир нь cos θ тэгтэй ойролцоо байна. Cos θ бага байх тусам дулаан шингээлтийн хурд бага байна.
Баруун тэнгэрийн хаяанд нар жаргах эсвэл зүүн тэнгэрийн хаяанд мандах гэж байхад үүссэн өнцөг нь 90 ° байна.
Үүссэн өнцөг нь 90 ° тул дулаан шингээлтийн хурд нь:
Нар жаргах эсвэл мандах үеийн дулаан шингээлтийн хурд (Q/t) = 0.
