przenoszenie ciepła przez promieniowanie odbywa się w postaci fal elektromagnetycznych głównie w obszarze podczerwieni. Promieniowanie emitowane przez ciało jest konsekwencją termicznego pobudzenia jego składowych cząsteczek. Transfer ciepła promieniowania można opisać przez odniesienie do „ciała czarnego”.
ciało czarne
ciało czarne definiuje się jako ciało, które pochłania wszelkie promieniowanie padające na jego powierzchnię. Rzeczywiste Czarne ciała nie istnieją w naturze – choć jego cechy są przybliżone przez dziurę w pudełku wypełnionym wysoce chłonnym materiałem., Widmo emisyjne takiego czarnego ciała zostało po raz pierwszy w pełni opisane przez Maxa Plancka.
ciało czarne jest hipotetycznym ciałem, które całkowicie pochłania wszystkie długości fal promieniowania cieplnego. Ciała takie nie odbijają światła, a zatem wydają się czarne, jeśli ich temperatury są na tyle niskie, aby nie były samoświetlne. Wszystkie ciała czarne ogrzane do danej temperatury emitują promieniowanie cieplne.,
energia promieniowania na jednostkę czasu z ciała czarnego jest proporcjonalna do czwartej potęgi temperatury absolutnej i może być wyrażona za pomocą prawa Stefana-Boltzmanna jako
stała Stefana-Boltzmanna w jednostkach imperialnych
σ = 5.6703 10-8 (W/M2k4)
= 1.714 10-9 ( W/m2K4)
BTU / (h ft2 lub4))
= 1.,19 10-11 ( BTU/(h in2 oR4) )
- promieniowanie cieplne z ciała czarnego – otoczenie zero absolutne (pdf)
przykład – promieniowanie cieplne z powierzchni Słońca
Jeśli temperatura powierzchni Słońca wynosi 5800 K i jeśli Zakładamy, że słońce może być traktowane jako ciało czarne, energia promieniowania na jednostkę powierzchni można wyrazić poprzez modyfikację (1) do
q / a = σ T4
= (5.6703 10-8 w/m2k4) (5800 K)4
= 6.,42 107 (W/m2)
ciała szare i współczynniki emisyjności
dla obiektów innych niż idealne ciała czarne (’ciała szare') prawo Stefana-Boltzmanna można wyrazić jako
q = ε σ T4 a (2)
gdzie
ε = Współczynnik emisyjności obiektu (jeden – 1 – dla ciała czarnego)
dla ciała szarego padające promieniowanie (zwane również napromieniowaniem) jest częściowo odbijane, pochłaniane lub transmitowane.,
współczynnik emisyjności mieści się w zakresie 0 < ε < 1, w zależności od rodzaju materiału i temperatury powierzchni.
- żelazo utlenione w temperaturze 390 ° C (199 ° c)> ε = 0.64
- miedź polerowana w temperaturze 100 ° C (38 ° C)> ε = 0.,03
- współczynniki emisyjności dla niektórych popularnych materiałów
współczynnik strat promieniowania netto
Jeśli gorący obiekt promieniuje energię do chłodniejszego otoczenia, współczynnik strat ciepła promieniowania netto można wyrazić jako
- stałe promieniowania dla niektórych popularnych materiałów budowlanych
straty ciepła z ogrzewanej powierzchni do nieogrzewanego otoczenia ze średnimi temperaturami promieniowania są wskazane na poniższym wykresie.,
Pobierz i wydrukuj Wykres wymiany ciepła za pomocą promieniowania
Kalkulator wymiany ciepła za pomocą promieniowania
Kalkulator ten jest oparty na równaniu (3) i może być użyty do obliczenia promieniowania ciepła z ciepłego obiektu do zimniejszego otoczenia.
zauważ, że temperatury wejściowe są w stopniach Celsjusza.
ε – Współczynnik emisyjności
th – Temperatura otoczenia (OC)
TC – Temperatura otoczenia (OC)
Ac – powierzchnia obiektu (m2)
Kalkulator obciążenia!,
prawo cosinusa Lamberta
emisja ciepła z powierzchni pod kątem β może być wyrażona za pomocą prawa cosinusa Lamberta jako