Aquí el lector encontrará información general sobre qué es la transferencia de calor, y también considerará en detalle el fenómeno de la transferencia de calor radiante, su obediencia a ciertas leyes, las características del proceso, la fórmula del calor, el uso de la transferencia de calor por el hombre y su flujo en la naturaleza.
Entrada en el intercambio de calor
Para comprender la esencia de la transferencia de calor radiante, primero debe comprender su esencia y saber qué es.
La transferencia de calor es un cambio en el índice de energía de tipo interno sin trabajo sobre el objeto o sujeto, y también sin trabajo realizado por el cuerpo. Tal proceso siempre procede en una dirección específica, a saber: el calor pasa de un cuerpo con un índice de temperatura más alto a un cuerpo con uno más bajo. Al llegar a la igualación de temperaturas entre cuerpos, el proceso se detiene y se lleva a cabo con la ayuda de la conducción, convección y radiación del calor.
- La conducción térmica es el proceso de transferir energía interna de un fragmento de cuerpo a otro o entre cuerpos cuando hacen contacto.
- La convección es la transferencia de calor resultante detransferencia de energía junto con flujos de líquido o gas.
- La radiación es de naturaleza electromagnética, emitida debido a la energía interna de una sustancia que se encuentra en un estado de cierta temperatura.
La fórmula del calor le permite hacer cálculos para determinar la cantidad de energía transferida, sin embargo, los valores medidos dependen de la naturaleza del proceso en curso:
- Q=cmΔt=cm(t2 – t1) – calefacción y refrigeración;
- Q=mλ – cristalización y fusión;
- Q=mr - vapor de condensación, ebullición y evaporación;
- Q=mq – combustión de combustible.
Relación entre el cuerpo y la temperatura
Para comprender qué es la transferencia de calor radiante, debe conocer las leyes básicas de la física sobre la radiación infrarroja. Es importante recordar que cualquier cuerpo cuya temperatura sea superior a cero en términos absolutos siempre irradia energía térmica. Se encuentra en el espectro infrarrojo de ondas de naturaleza electromagnética.
Sin embargo, diferentes cuerpos, que tienen la misma temperatura, tendrán diferente capacidad para emitir energía radiante. Esta característica dependerá de varios factores tales como: la estructura del cuerpo, la naturaleza, la forma y el estado de la superficie. La naturaleza de la radiación electromagnética se refiere a la onda corpuscular dual. El campo de tipo electromagnético tiene carácter cuántico y sus cuantos están representados por fotones. Al interactuar con los átomos, los fotones son absorbidos y transfieren su energía a los electrones, el fotón desaparece. Fluctuación térmica del exponente de energíaátomo en una molécula aumenta. En otras palabras, la energía radiada se convierte en calor.
La energía radiada se considera la cantidad principal y se denota con el signo W, medida en julios (J). El flujo de radiación expresa el valor medio de la potencia durante un período de tiempo mucho mayor que los períodos de oscilaciones (la energía emitida durante una unidad de tiempo). La unidad emitida por la corriente se expresa en julios por segundo (J/s), el vatio (W) se considera la opción generalmente aceptada.
Introducción a la transferencia de calor radiante
Ahora más sobre el fenómeno. La transferencia de calor radiante es el intercambio de calor, el proceso de transferirlo de un cuerpo a otro, que tiene un índice de temperatura diferente. Ocurre con la ayuda de la radiación infrarroja. Es electromagnético y se encuentra en las regiones del espectro de ondas de naturaleza electromagnética. El rango de onda se encuentra en el rango de 0,77 a 340 µm. Los rangos de 340 a 100 µm se consideran de onda larga, los de 100 a 15 µm pertenecen al rango de onda media y las longitudes de onda cortas de 15 a 0,77 µm.
La porción de onda corta del espectro infrarrojo está adyacente a la luz visible, y las porciones de onda larga de las ondas entran en la onda de radio ultracorta. La radiación infrarroja se caracteriza por una propagación rectilínea, es capaz de refractarse, reflejarse y polarizarse. Capaz de penetrar una gama de materiales que son opacos a la luz visible.
En otras palabras, la transferencia de calor radiante se puede caracterizar como transferenciacalor en forma de energía de ondas electromagnéticas, mientras que el proceso se desarrolla entre superficies que están en proceso de radiación mutua.
El índice de intensidad está determinado por la disposición mutua de las superficies, las capacidades de emisión y absorción de los cuerpos. La transferencia de calor radiante entre cuerpos difiere de los procesos de convección y conducción de calor en que el calor puede enviarse a través del vacío. La similitud de este fenómeno con otros se debe a la transferencia de calor entre cuerpos con diferentes índices de temperatura.
Flujo de radiación
La transferencia de calor radiante entre cuerpos tiene un cierto número de flujos de radiación:
- El flujo de radiación intrínseco - E, que depende del índice de temperatura T y de las características ópticas del cuerpo.
- Flujos de radiación incidente.
- Tipos de flujos de radiación absorbidos, reflejados y transmitidos. En suma, son iguales a Epad.
El entorno en el que se produce el intercambio de calor puede absorber radiación e introducir la suya propia.
El intercambio de calor radiante entre un cierto número de cuerpos se describe mediante un flujo de radiación efectivo:
EEF=E+EOTR=E+(1-A)EFAD. Los cuerpos, a cualquier temperatura, que tengan indicadores L=1, R=0 y O=0, se denominan "absolutamente negros". El hombre creó el concepto de "radiación negra". Corresponde con sus indicadores de temperatura al equilibrio del cuerpo. La energía de radiación emitida se calcula usando la temperatura del sujeto u objeto, la naturaleza del cuerpo no afecta esto.
Siguiendo las leyesBoltzmann
Ludwig Boltzmann, que vivió en el territorio del Imperio austríaco entre 1844 y 1906, creó la ley de Stefan-Boltzmann. Fue él quien permitió a una persona comprender mejor la esencia del intercambio de calor y operar con información, mejorándola a lo largo de los años. Considere su redacción.
La ley de Stefan-Boltzmann es una ley integral que describe algunas características de los cuerpos absolutamente negros. Le permite determinar la dependencia de la densidad de potencia de radiación de un cuerpo negro en su índice de temperatura.
Obedeciendo la ley
Las leyes de la transferencia de calor radiante obedecen a la ley de Stefan-Boltzmann. El nivel de intensidad de la transferencia de calor por conducción y convección de calor es proporcional a la temperatura. La energía radiante en el flujo de calor es proporcional a la temperatura a la cuarta potencia. Tiene este aspecto:
q=σ A (T14 – T2 4).
En la fórmula, q es el flujo de calor, A es el área superficial del cuerpo que irradia energía, T1 y T2 son las temperaturas que emiten los cuerpos y el ambiente que absorbe esta radiación.
La ley anterior de radiación de calor describe exactamente solo la radiación ideal creada por un cuerpo absolutamente negro (a.h.t.). Prácticamente no existen tales cuerpos en la vida. Sin embargo, las superficies negras planas se acercan al A. Ch. T. La radiación de los cuerpos de luz es relativamente débil.
Se introdujo un factor de emisividad para tener en cuenta la desviación de la idealidad de numerososcantidad de st en el componente derecho de la expresión que explica la ley de Stefan-Boltzmann. El índice de emisividad es igual a un valor menor que uno. Una superficie negra plana puede llevar este coeficiente hasta 0,98, mientras que un espejo de metal no superará 0,05. Por lo tanto, las absorbancias son altas para cuerpos negros y bajas para cuerpos especulares.
Sobre el cuerpo gris (s.t.)
En la transferencia de calor, a menudo se menciona un término como cuerpo gris. Este objeto es un cuerpo que tiene un coeficiente de absorción de radiación electromagnética de tipo espectral menor que uno, que no se basa en la longitud de onda (frecuencia).
La emisión de calor es la misma según la composición espectral de la radiación de un cuerpo negro con la misma temperatura. Un cuerpo gris se diferencia de uno negro por un indicador más bajo de compatibilidad energética. Al nivel de negrura espectral de s.t. la longitud de onda no se ve afectada. En luz visible, el hollín, el carbón y el polvo de platino (negro) están cerca del cuerpo gris.
Campos de aplicación del conocimiento de transferencia de calor
La emisión de calor se produce constantemente a nuestro alrededor. En los locales residenciales y de oficinas, a menudo puede encontrar calentadores eléctricos que se dedican a la radiación de calor, y lo vemos en forma de un resplandor rojizo en espiral: ese calor pertenece a lo visible, se "para" en el borde del espectro infrarrojo.
Calentar la habitación, de hecho, se dedica a un componente invisible de la radiación infrarroja. Se aplica dispositivo de visión nocturnauna fuente de radiación de calor y receptores sensibles a la radiación infrarroja, que le permiten navegar bien en la oscuridad.
Energía solar
El sol es legítimamente el emisor más poderoso de energía de naturaleza térmica. Calienta nuestro planeta desde una distancia de ciento cincuenta millones de kilómetros. La intensidad de la radiación solar, registrada desde hace muchos años y por diversas estaciones ubicadas en diversos lugares de la tierra, corresponde aproximadamente a 1,37 W/m2.
La energía del sol es la fuente de vida en el planeta Tierra. Actualmente, muchas mentes están ocupadas tratando de encontrar la forma más efectiva de usarlo. Ahora conocemos paneles solares que pueden calentar edificios residenciales y proporcionar energía para las necesidades diarias.
Para cerrar
Resumiendo, el lector ahora puede definir la transferencia de calor radiante. Describe este fenómeno en la vida y la naturaleza. La energía radiante es la característica principal de la onda de energía transmitida en tal fenómeno, y las fórmulas enumeradas muestran cómo calcularla. En la posición general, el propio proceso obedece a la ley de Stefan-Boltzmann y puede tener tres formas, dependiendo de su naturaleza: el flujo de radiación incidente, radiación de su propio tipo y reflejada, absorbida y transmitida.
