Das Wärmestrahlung Es ist die Energie, die ein Körper dank seiner Temperatur und durch die Infrarotwellenlängen des elektromagnetischen Spektrums überträgt. Alle Körper senden ausnahmslos Infrarotstrahlung aus, egal wie niedrig ihre Temperatur ist..
Es kommt vor, dass elektrisch geladene Teilchen in beschleunigter Bewegung schwingen und dank ihrer kinetischen Energie kontinuierlich elektromagnetische Wellen aussenden.
Der einzige Weg, wie ein Körper keine Wärmestrahlung abgibt, besteht darin, dass seine Partikel vollständig in Ruhe sind. Auf diese Weise wäre seine Temperatur auf der Kelvin-Skala 0, aber die Temperatur eines Objekts auf einen solchen Punkt zu senken, ist etwas, das noch nicht erreicht wurde..
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Eine bemerkenswerte Eigenschaft, die diesen Wärmeübertragungsmechanismus von anderen unterscheidet, ist, dass kein materielles Medium erforderlich ist, um ihn herzustellen. So bewegt sich beispielsweise die von der Sonne emittierte Energie 150 Millionen Kilometer durch den Weltraum und erreicht kontinuierlich die Erde..
Es gibt ein mathematisches Modell, um die Menge an Wärmeenergie pro Zeiteinheit zu ermitteln, die ein Objekt ausstrahlt:
P =ZUσeT.4
Diese Gleichung ist als Stefansches Gesetz bekannt und die folgenden Größen erscheinen:
-Wärmeenergie pro Zeiteinheit P., die als Leistung bekannt ist und deren Einheit im Internationalen Einheitensystem das Watt oder Watt (W) ist.
-Das Oberflächlicher Bereich des Objekts, das Wärme abgibt ZU, in Quadratmetern.
-Eine Konstante, genannt Stefan-Boltzman-Konstante, bezeichnet durch σ und dessen Wert 5,66963 x 10 ist-8 W / mzwei K.4,
-Das Emissionsgrad (auch genannt Emission) des Objekts und, Eine dimensionslose Größe (ohne Einheiten), deren Wert zwischen 0 und 1 liegt. Sie hängt mit der Art des Materials zusammen: Beispielsweise hat ein Spiegel ein niedriges Emissionsvermögen, während ein sehr dunkler Körper ein hohes Emissionsvermögen aufweist.
-Und schließlich die Temperatur T. in Kelvin.
Nach dem Stefanschen Gesetz ist die Geschwindigkeit, mit der ein Objekt Energie ausstrahlt, proportional zur Fläche, zum Emissionsgrad und zur vierten Potenz der Temperatur..
Da die Emissionsrate der Wärmeenergie von der vierten Potenz von T abhängt, ist klar, dass kleine Temperaturänderungen einen großen Einfluss auf die emittierte Strahlung haben. Wenn sich beispielsweise die Temperatur verdoppelt, würde sich die Strahlung um das 16-fache erhöhen.
Ein Sonderfall des Stefanschen Gesetzes ist der perfekte Strahler, ein völlig undurchsichtiges Objekt namens schwarzer Körper, dessen Emissionsgrad genau 1 beträgt. In diesem Fall sieht das Gesetz von Stefan folgendermaßen aus:
P =ZUσT.4
Es kommt vor, dass das Stefansche Gesetz ein mathematisches Modell ist, das die von einem Objekt emittierte Strahlung grob beschreibt, da es das Emissionsvermögen als Konstante betrachtet. Das Emissionsvermögen hängt tatsächlich von der Wellenlänge der emittierten Strahlung, der Oberflächenbeschaffenheit und anderen Faktoren ab..
Unter Berücksichtigung von und Wenn die Konstante und das Stefansche Gesetz wie am Anfang angegeben angewendet werden, wird das Objekt aufgerufen grauer Körper.
Die Emissionswerte für einige als grauer Körper behandelte Substanzen sind:
-Poliertes Aluminium 0,05
-Ruß 0,95
-Menschliche Haut jeder Farbe 0,97
-Holz 0,91
-Eis 0,92
-Wasser 0,91
-Kupfer zwischen 0,015 und 0,025
-Stahl zwischen 0,06 und 0,25
Ein konkretes Beispiel für ein Objekt, das Wärmestrahlung emittiert, ist die Sonne. Es wird geschätzt, dass jede Sekunde ungefähr 1.370 J Energie in Form von elektromagnetischer Strahlung von der Sonne auf die Erde gelangen..
Dieser Wert wird als bezeichnet Solarkonstante und jeder Planet hat einen, was von seiner durchschnittlichen Entfernung von der Sonne abhängt.
Diese Strahlung tritt alle m senkrecht durchzwei der atmosphärischen Schichten und ist in verschiedenen Wellenlängen verteilt.
Fast alles kommt in Form von sichtbarem Licht, aber ein großer Teil kommt als Infrarotstrahlung, was genau das ist, was wir als Wärme wahrnehmen, und einige auch als ultraviolette Strahlung. Es ist eine große Energiemenge, die ausreicht, um die Bedürfnisse des Planeten zu befriedigen, um ihn einzufangen und richtig zu nutzen.
In Bezug auf die Wellenlänge sind dies die Bereiche, in denen sich die Sonnenstrahlung befindet, die die Erde erreicht:
-Infrarot, was wir als Wärme wahrnehmen: 100 - 0,7 μm *
-Sichtbares Licht, zwischen 0,7 - 0,4 μm
-Ultraviolett, weniger als 0,4 μm
* 1 μm = 1 Mikrometer oder ein Millionstel Meter.
Das folgende Bild zeigt die Verteilung der Strahlung über die Wellenlänge für verschiedene Temperaturen. Die Verteilung folgt dem Wiener Verschiebungsgesetz, wonach die Wellenlänge der maximalen Strahlung λ istmax ist umgekehrt proportional zur Temperatur T in Kelvin:
λmax T = 2,898. 10 −3 m⋅K
Die Sonne hat eine Oberflächentemperatur von etwa 5700 K und strahlt, wie wir gesehen haben, hauptsächlich bei kürzeren Wellenlängen. Die Kurve, die der der Sonne am nächsten kommt, ist die von 5000 K in Blau und hat natürlich das Maximum im Bereich des sichtbaren Lichts. Es emittiert aber auch einen guten Teil im Infrarot- und Ultraviolettbereich.
Die große Energiemenge, die die Sonne ausstrahlt, kann in sogenannten Geräten gespeichert werden Sammler, um es später umzuwandeln und bequem als elektrische Energie zu nutzen.
Es handelt sich um Kameras, die, wie der Name schon sagt, eher im Infrarotbereich als im sichtbaren Licht arbeiten, wie dies bei herkömmlichen Kameras der Fall ist. Sie nutzen die Tatsache, dass alle Körper je nach Temperatur mehr oder weniger stark Wärmestrahlung abgeben..
Wenn die Temperaturen sehr hoch sind, ist es nicht die beste Option, sie mit einem Quecksilberthermometer zu messen. Dafür ist die Pyrometer, durch die die Temperatur eines Objekts abgeleitet wird, wobei sein Emissionsvermögen dank der Emission eines elektromagnetischen Signals bekannt ist.
Starlight ist sowohl mit der Schwarzkörper-Näherung als auch mit dem gesamten Universum sehr gut modelliert. Das Wiener Gesetz wird in der Astronomie häufig verwendet, um die Temperatur von Sternen anhand der Wellenlänge des von ihnen emittierten Lichts zu bestimmen..
Die Raketen werden mithilfe von Infrarotsignalen auf das Ziel gerichtet, mit denen die heißesten Bereiche im Flugzeug erfasst werden sollen, beispielsweise die Triebwerke.
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