انتقال حرارت از طریق تشعشع

از ویکی‌پدیا، دایرةالمعارف آزاد.

تشعشع حرارتی به انرژی متساعد شده از یک جسم در دمای معین می گویند.

- عمدتا در این درس تشعشع از اجسام جامد مد نظر خواهد بود گرچه گازها و مایعات نیز تشعشع دارند.

- به طور کلی تشعشع حرارتی ناشی از تغییرات الکترونی در اتمها و مولکولهای ماده می باشد.

- بر خلاف هدایت و جابجایی که نیاز به یک ماده ی حامل انرژی برای انتقال حرارت دارند ، تشعشع نیازی به ماده ی واسط نداشته و حتی تشعشع به صورت کامل از درون خلأ منتقل می شود.

- انتقال حرارت تشعشعی توسط امواج الکترو مغناطیس (یا جریان فوتونها) صورت می گیرد.

- حداکثر شار حرارتی تشعشع از یک جسم در دمای T_s\, بنا به قاعده ی Stefan-Boltzmann برابر است با :

q''=\sigma T_s^4


\sigma\,: ضریب S-B که مساوی با: \left ( \frac{W}{m^2.K^4} \right ) 5.67 \times 10^{-8}

و T_s\, : دمای مطلق سطح جسم است.

حداکثر مقدار تشعشع از جسم یا سطح ایده ال (در اصطلاح جسم سیاه black body) ساطع می گردد.برای اجسام واقعی معمولآ مقدار تشعشع کسری از مقدار حداکثر فوق بوده که به صورت زیر بدست می آید:

q''=\epsilon \sigma T_s^4

\epsilon\, : ضریب تابش

0\le \epsilon\ \le  1


از مقدار شار تشعشعی که به جسم میرسد بخشی از آن منعکس میشود(Reflectivity)و بخشی وارد جسم می شود. از مقدار شار وارد شده به جسم قسمتی از آن را جذب می کند (Absorptivity) وبقیه را از خود عبور میدهد(Transmisivity).

در حالیکه تابش تشعشع از یک جسم انرژی حرارتی آن را کاهش می‌دهد،جذب تشعشع (َAbsorption) باعث افزایش انرژی حرارتی جسم می شود. مقدار انرژی جذب شده از شار تشعشعی رسیده به یک جسم برابرست با:

q''_{abs}=\alpha\, q''_{inc}

که در آن:

q''_{abs}\,: شار جذب شده

\alpha\,: ضریب جذب 0\le \alpha\, \le  1

وq''_{inc}\,:شار رسیده به جسم می باشد

معمولا محاسبه ی تبادل انرژی تشعشعی بین اجسام کار دشواری است. اما برخی حالات ساده تر را می توان در طبیعت جستجو کرد و روابط مورد نظر را به سادگی بدست آورد. از جمله تبادل انرژی تشعشعی بین یک جسم کوچک و محیط اطراف آن از رابطه ی زیر بدست می آید:

تشعشع بین یک جسم کوچک و محیط بزرگ اطراف آن
بزرگ شود
تشعشع بین یک جسم کوچک و محیط بزرگ اطراف آن

برای جسم خاکستری در شرایط خاص (gray) : \alpha\,=\epsilon

q''_{rad}=\epsilon\ \sigma\ (T_s^4-T_{sur}^4)=(\frac{q}{A})

این رابطه را برای تشابه با روابط انتقال حرارت جابجایی بصورت زیر می نویسند:

q''_{rad}=h_r(T_s-T_{sur})\,


h_r=\epsilon\sigma(T_s+T_{sur})(T_S^2+T_{sur}^2)

که در آن h_r\, ضریب انتقال حرارت تشعشعی می باشد.

در مثال داده شده عملا انتقال حرارت کل برابر مجموع هر دو مود انتقال حرارت جابجایی و تشعشعی خواهد بود:

q=q_{conv}+q_{rad}=hA(T_s-T_\infty)+\epsilon \sigma A(T_s^4-T_{sur}^4)\,


-ارتباط بین مبحث ترمودینامیک و انتقال حرارت

در ترمودینامیک حالات تعادلی ماده مورد بحث قرار می گیرد بنابراین گرادیان دما نداریم. در انتقال حرارت به نرخ انتقال و حرکت انرژی که وابسته به گرادیان دماست پرداخته می شود.



انتقال حرارت از طریق جابجایی **|** بقای انرژی و تعادل انرژی در سطح اجسام

Views
Personal tools