Что такое тепловое излучение
Никогда не задумывались, каким образом солнечное тепло передается на Землю? Вряд ли, рассмотренные ранее способы передачи тепла при помощи конвекции и теплопроводности, будут работать в космосе, ведь там вакуум, и молекул настолько мало, что передавать энергию они физически не могут.
Солнечная энергия достигает Земли благодаря тепловому излучению. Солнце является громадной природной "лампочкой", разогретой до температуры 6000 К и находящейся от нас на расстоянии в 150 млн. км. Именно благодаря тепловому излучению часть солнечного тепла достигает поверхности нашей планеты, и питает энергией все живые организмы.
Для многих будет интересно узнать, что тепловую энергию излучают абсолютно все физические тела, если их температура не равна 0 К, чего достичь практически невозможно. Нюанс заключается в том, что по своей сути тепловое излучение является ничем иным, как электромагнитными колебаниями. Электромагнитные волны образуются в результате ускорения и замедления электрических зарядов, что происходит на молекулярном уровне в процессе нагревания (охлаждения) физических тел. Например, работа приборов ночного видения основана на том факте, что живые существа, включая человека, испускают электромагнитные волны в инфракрасном спектре, невидимые человеческому глазу, но регистрируемые аппаратурой.
В природе все физические тела излучают тепловую энергию во всех направлениях. В случае, если два (или несколько) физических тел излучают тепловую энергию с одинаковой интенсивностью, говорят, что они имеют одинаковую температуру. Если окружающая среда излучает меньше энергии, чем человек, мы ощущаем холод, и наоборот.
Когда физическое тело разогревается до температуры 1000 К, оно начинает излучать в видимом красном спектре (например, жидкий металл). По мере дальнейшего нагревания свечение тела будет смещаться к фиолетовой части спектра (более высокочастотной), и дальше, к белой (1700 К).
Принцип теплового излучения используется, например, в нагревателях лучистого отопления. Элементы таких нагревателей монтируются в потолках, стенах, полах, и согревают помещение.
В случае, если тело поглощает 100% падающего на него света, оно называется абсолютно черным телом. Его антиподом является абослютно белое (зеракльное) тело, которое не поглощает тепловой энергии вообще (0%).
Все остальные физические тела находятся между черным и белым телом, поглощая какую-то часть света, а остальную часть - отражая в окружающее пространство.
По аналогии с конвекцией и теплопроводностью выведем формулу для расчета излучаемой тепловой энергии тела.
- Q ∝ t - кол-во теплового излучения Q пропорционально времени испускания t (чем больше время теплового излучения, тем больше нагревается тепло).
- Q ∝ А - кол-во переданной тепловой энергии Q пропорционально общей площади А с которой происходит излучение.
- Q ∝ Т4 - кол-во переданной тепловой энергии Q пропорционально температуре Т в четвертой степени (установлено экспериментально).
- σ=5,67·10-8 Дж(с·м2·K4) - постоянная Стефана-Больцмана (справедлива только для абсолютно черных тел).
- е - излучательная (эмиссионная) способность тела (уникальная характеристика конкретного тела).
Итоговая формула расчета излучаемой тепловой энергии тела будет иметь вид:
Q = e·σ·A·t·T4
