Aqui o leitor encontrará informações gerais sobre o que é a transferência de calor, e também considerará em detalhes o fenômeno da transferência de calor radiante, sua obediência a certas leis, as características do processo, a fórmula do calor, o uso de transferência de calor pelo homem e seu fluxo na natureza.
Entrada na troca de calor
Para entender a essência da transferência de calor radiante, você deve primeiro entender sua essência e saber o que é?
Transferência de calor é uma mudança no índice de energia do tipo interno sem trabalho sobre o objeto ou sujeito, e também sem trabalho realizado pelo corpo. Tal processo sempre ocorre em uma direção específica, a saber: o calor passa de um corpo com índice de temperatura mais alto para um corpo com índice de temperatura mais baixo. Ao atingir a equalização das temperaturas entre os corpos, o processo é interrompido e é realizado com o auxílio da condução de calor, convecção e radiação.
- Condução térmica é o processo de transferência de energia interna de um fragmento de corpo para outro ou entre corpos quando eles fazem contato.
- Convecção é a transferência de calor resultante datransferência de energia junto com fluxos de líquido ou gás.
- A radiação é de natureza eletromagnética, emitida devido à energia interna de uma substância que está em um estado de certa temperatura.
A fórmula do calor permite fazer cálculos para determinar a quantidade de energia transferida, no entanto, os valores medidos dependem da natureza do processo em andamento:
- Q=cmΔt=cm(t2 – t1) – aquecimento e resfriamento;
- Q=mλ – cristalização e fusão;
- Q=mr - condensação do vapor, ebulição e evaporação;
- Q=mq – combustão de combustível.
Relação entre corpo e temperatura
Para entender o que é a transferência de calor radiante, você precisa conhecer as leis básicas da física sobre a radiação infravermelha. É importante lembrar que qualquer corpo cuja temperatura esteja acima de zero em termos absolutos sempre irradia energia térmica. Encontra-se no espectro infravermelho de ondas de natureza eletromagnética.
No entanto, corpos diferentes, com a mesma temperatura, terão capacidade diferente de emitir energia radiante. Essa característica dependerá de vários fatores como: estrutura corporal, natureza, forma e condição da superfície. A natureza da radiação eletromagnética refere-se à onda corpuscular dual. O campo do tipo eletromagnético tem caráter quântico, e seus quanta são representados por fótons. Interagindo com os átomos, os fótons são absorvidos e transferem sua energia para os elétrons, o fóton desaparece. Flutuação térmica do expoente de energiaátomo em uma molécula aumenta. Em outras palavras, a energia irradiada é convertida em calor.
A energia irradiada é considerada a quantidade principal e é denotada pelo sinal W, medido em joules (J). O fluxo de radiação expressa o valor médio da potência em um período de tempo muito maior que os períodos de oscilações (a energia emitida durante uma unidade de tempo). A unidade emitida pelo fluxo é expressa em joules por segundo (J/s), o watt (W) é considerado a opção geralmente aceita.
Introdução à transferência de calor radiante
Agora mais sobre o fenômeno. A transferência de calor radiante é a troca de calor, o processo de transferi-lo de um corpo para outro, que possui um índice de temperatura diferente. Ocorre com a ajuda de radiação infravermelha. É eletromagnético e encontra-se nas regiões dos espectros de onda de natureza eletromagnética. A faixa de onda está na faixa de 0,77 a 340 µm. Faixas de 340 a 100 µm são consideradas ondas longas, 100 - 15 µm pertencem à faixa de onda média e comprimentos de onda curtos de 15 a 0,77 µm.
A porção de ondas curtas do espectro infravermelho é adjacente à luz visível, e as porções de ondas longas das ondas vão para a onda de rádio ultracurta. A radiação infravermelha é caracterizada pela propagação retilínea, é capaz de refratar, refletir e polarizar. Capaz de penetrar em uma variedade de materiais opacos à luz visível.
Em outras palavras, a transferência de calor radiante pode ser caracterizada como transferênciacalor na forma de energia de ondas eletromagnéticas, enquanto o processo prossegue entre superfícies que estão em processo de radiação mútua.
O índice de intensidade é determinado pelo arranjo mútuo das superfícies, pelas habilidades emissivas e absorventes dos corpos. A transferência de calor radiante entre corpos difere dos processos de convecção e condução de calor, pois o calor pode ser enviado através do vácuo. A semelhança deste fenômeno com outros se deve à transferência de calor entre corpos com diferentes índices de temperatura.
Fluxo de radiação
A transferência de calor radiante entre corpos tem um certo número de fluxos de radiação:
- O fluxo de radiação intrínseca - E, que depende do índice de temperatura T e das características ópticas do corpo.
- Fluxos de radiação incidente.
- Tipos de fluxos de radiação absorvidos, refletidos e transmitidos. Em suma, eles são iguais a Epad.
O ambiente em que ocorre a troca de calor pode absorver a radiação e introduzir a sua própria.
A troca de calor radiante entre um certo número de corpos é descrita por um fluxo de radiação efetivo:
EEF=E+EOTR=E+(1-A)EFAD. Corpos, em qualquer temperatura, com indicadores L=1, R=0 e O=0, são chamados de "absolutamente pretos". O homem criou o conceito de "radiação negra". Corresponde com seus indicadores de temperatura ao equilíbrio do corpo. A energia de radiação emitida é calculada usando a temperatura do sujeito ou objeto, a natureza do corpo não afeta isso.
Seguindo as leisBoltzmann
Ludwig Boltzmann, que viveu no território do Império Austríaco em 1844-1906, criou a lei Stefan-Boltzmann. Foi ele quem permitiu que uma pessoa entendesse melhor a essência da troca de calor e operasse com informações, aprimorando-a ao longo dos anos. Considere sua redação.
A lei de Stefan-Boltzmann é uma lei integral que descreve algumas características de corpos absolutamente negros. Ele permite determinar a dependência da densidade de potência de radiação de um corpo negro em seu índice de temperatura.
Obedecendo a lei
As leis de transferência de calor radiante obedecem à lei de Stefan-Boltzmann. O nível de intensidade da transferência de calor por condução e convecção de calor é proporcional à temperatura. A energia radiante no fluxo de calor é proporcional à temperatura à quarta potência. Fica assim:
q=σ A (T14 – T2 4).
Na fórmula, q é o fluxo de calor, A é a área da superfície do corpo irradiando energia, T1 e T2 são as temperaturas dos corpos emissores e o ambiente que absorve essa radiação.
A lei da radiação de calor acima descreve exatamente apenas a radiação ideal criada por um corpo absolutamente negro (a.h.t.). Praticamente não existem tais corpos na vida. No entanto, superfícies pretas planas se aproximam do A. Ch. T. A radiação dos corpos de luz é relativamente fraca.
Há um fator de emissividade introduzido para levar em conta o desvio da idealidade de inúmerasquantidade de s.t. no componente certo da expressão explicando a lei de Stefan-Boltzmann. O índice de emissividade é igual a um valor menor que um. Uma superfície preta plana pode trazer esse coeficiente até 0,98, enquanto um espelho de metal não excederá 0,05. Portanto, as absorbâncias são altas para corpos negros e baixas para corpos especulares.
Sobre o corpo cinza (s.t.)
Em transferência de calor, muitas vezes há uma menção a um termo como um corpo cinza. Este objeto é um corpo que tem um coeficiente de absorção de radiação eletromagnética do tipo espectral menor que um, que não é baseado no comprimento de onda (frequência).
A emissão de calor é a mesma de acordo com a composição espectral da radiação de um corpo negro com a mesma temperatura. Um corpo cinza difere de um preto por um menor indicador de compatibilidade energética. Para o nível de escuridão espectral de s.t. comprimento de onda não é afetado. Na luz visível, fuligem, carvão e pó de platina (preto) estão próximos ao corpo cinza.
Campos de aplicação do conhecimento de transferência de calor
Emissão de calor está constantemente acontecendo ao nosso redor. Em instalações residenciais e de escritórios, muitas vezes você pode encontrar aquecedores elétricos envolvidos na radiação de calor, e nós o vemos na forma de um brilho avermelhado de uma espiral - esse calor pertence ao visível, "fica" na borda do espectro infravermelho.
Aquecer a sala, de fato, está envolvido em um componente invisível da radiação infravermelha. O dispositivo de visão noturna se aplicauma fonte de radiação de calor e receptores sensíveis à radiação infravermelha, que permitem navegar bem no escuro.
Energia Solar
O sol é, por direito, o mais poderoso emissor de energia de natureza térmica. Aquece nosso planeta a uma distância de cento e cinquenta milhões de quilômetros. A intensidade da radiação solar, registrada há muitos anos e por diversas estações localizadas em várias partes da Terra, corresponde a aproximadamente 1,37 W/m2.
É a energia do sol que é a fonte da vida no planeta Terra. Atualmente, muitas mentes estão ocupadas tentando encontrar a maneira mais eficaz de usá-lo. Agora conhecemos os painéis solares que podem aquecer edifícios residenciais e fornecer energia para as necessidades diárias.
Fechando
Resumindo, o leitor pode agora definir a transferência de calor radiante. Descreva esse fenômeno na vida e na natureza. A energia radiante é a principal característica da onda de energia transmitida em tal fenômeno, e as fórmulas listadas mostram como calculá-la. Na posição geral, o processo em si obedece à lei de Stefan-Boltzmann e pode ter três formas, dependendo de sua natureza: o fluxo de radiação incidente, radiação de seu próprio tipo e refletida, absorvida e transmitida.
