Bài giảng trao đổi nhiệt bức xạ

Bài giảng: Trao đổi nhiệt bức xạ

1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TPHCM KHOA CÔNG NGHỆ HOÁ HỌC VÀ MÔI TRƯỜNG CHƯƠNG IV TRAO ĐỔI NHIỆT BỨC XẠ 2 2 CÂU HỎI THẢO LUẬN Ngoài lớp khí quyển bao xung quanh Trái Đất , khoảng không gian còn lại giữa Trái Đất và Mặt Trời là khoảng chân không. Trong khoảng chân không này, không xảy ra dẫn nhiệt và đối lưu nhịệt. Vậy, năng lượng của Mặt Trời đã truyền xuống Trái Đất bằng cách nào? 3 B B Ứ Ứ C X C X Ạ Ạ NHI NHI Ệ Ệ T T Th Th í í nghi nghi ệ ệ m m II. BỨC XẠ NHIỆT Một bình cầu đã phủ muội đen, trên nút có gắn một ống thuỷ tinh, trong ống thuỷ tinh có một giọt nước màu, được đặt gần một nguồn nhiệt như ngọn lửa đèn cồn. 1. Thí nghiệm Quan sát và mô tả hiện tượng xảy ra đối với giọt nước màu. Lấy miếng gỗ chắn giữa nguồn nhiệt và bình cầu Quan sát và mô tả hiện tượng xảy ra đối với giọt nước màu. 4 B B Ứ Ứ C X C X Ạ Ạ NHI NHI Ệ Ệ T T II. BỨC XẠ NHIỆT 1. Thí nghiệm C7 Giọt nước màu dịch chuyển về đầu B chứng tỏ điều gì? 2.Trả lời câu hỏi Giọt nước màu dịch chuyển về đầu B chứng tỏ không khí trong bình nóng lên và nở ra. C8 Giọt nước màu dịch chuyển trở lại đầu A chứng tỏ điều gì? Miếng gỗ đã có tác dụng gì? Giọt nước màu dịch chuyển trở lại đầu A chứng tỏ không khí trong bình đã lạnh đi. Miếng gỗ đã ngăn không cho nhiệt truyền từ đèn sang bình. Điều này chứng tỏ nhiệt đã truyền từ đèn sang bình bằng đường thẳng. 5 B B Ứ Ứ C X C X Ạ Ạ NHI NHI Ệ Ệ T T I. DẪN NHIỆT VÀ ĐỐI LƯU NHIỆT Đối lưu là sự truyền nhiệt bằng các dòng chất lỏng hoặc chất khí, đó chính là hình thức truyền nhiệt chủ yểu của chất lóng và chất khí. II. BỨC XẠ NHIỆT 1. Thí nghiệm C9 Sự truyền nhiệt từ nguồn nhiệt tới bình cầu có phải là dẫn nhiệt và đốí lưu không? Tại sao? 2.Trả lời câu hỏi Sự truyền nhiệt từ nguồn nhiệt tới bình cầu không phải là dẫn nhiệt vì chất khí dẫn nhiệt kém, cũng không phải là đối lưu vì nhiệt được truyền theo đường thẳng. 6 B B Ứ Ứ C X C X Ạ Ạ NHI NHI Ệ Ệ T T I. ĐỐI LƯU Đối lưu là sự truyền nhiệt bằng các dòng chất lỏng hoặc chất khí, đó chính là hình thức truyền nhiệt chủ yểu của chất lóng và chất khí. II. BỨC XẠ NHIỆT 1. Thí nghiệm Trong thí nghiệm trên, nhiệt được truyền bằng các tia nhiệt đi thẳng. Hình thức truyền nhiệt này gọi là bức xạ nhiệt. Bức xạ nhiệt có thể xảy ra ngay cả trong chân không. 2.Trả lời câu hỏi Thí nghiệm cho thấy khả năng hấp thị nhiệt của một vật phụ thuộc vào tính chất của bề mặt. Vật có bề mặt càng xù xì và màu càng sẫm thì thì hấp thụ các tia nhiệt càng nhiều. 7 B B Ứ Ứ C X C X Ạ Ạ NHI NHI Ệ Ệ T T II. BỨC XẠ NHIỆT Bức xạ nhiệt là sự truyền nhiệt bằng các tia nhiệt đi thẳng. Bức xạ nhiệt có thể xảy ra cả ở trong chân không. III. VẬN DỤNG C10 Tại sao trong thí nghiệm hình 23.4 bình chứa không khí lại được phủ muội đen? Trong thí nghiệm hình 23.4 bình chứa không khí lại được phủ muội đen để tăng khả năng hấp thụ các tia nhiệt. 8 Bài 23: Đ Đ Ố Ố I LƯU I LƯU - - B B Ứ Ứ C X C X Ạ Ạ NHI NHI Ệ Ệ T T III. VẬN DỤNG C11 Tại sao vào mùa hè ta thường mặc áo màu trắng mà không mặc áo màu đen? Vào mùa hè ta thường mặc áo màu trắng để giảm sự hấp thụ các tia nhiệt. 9 BỨC XẠ NHIỆT Một số khái niệm: • Bức xạ là gì? – Một vật bất kỳ có nhiệt độ lớn hơn 0K, luôn có sự biến đổi nội năng của vật thành năng lượng sóng điện từ. – Các sóng điện từ truyền đi trong không gian theo mọi phương với vận tốc ánh sáng và có chiều dài bước sóng khác nhau. – Căn cứ vào chiều dài bước sóng ta phân các sóng điện từ thành các loại từ tia vũ trụ tới sóng vô truyến điện.    0  10 T 1 T 2 T1 > T2 l q [...]... c Mật độ bức xạ bán cầu: E [W/m2] còn gọi là khả năng bức xạ bán cầu Là dòng bức xạ bán cầu phát ra trên một đơn vò diện tích của bề mặt bức xạ dQ E dF Như vậy, năng lượng bức xạ trên toàn bề mặt F: Q   E.dF F nếu trên bề mặt F bức xạ đồng đều thì: Q = E.F 27 E1 q = E1 - A1.Et Ehd = E1 +(1-A)Et ER Et EA Xác đònh khả năng bức xạ hiệu dụng của vật đục 28 3 Những đònh luật cơ bản về bức xạ nhiệt: a... bức xạ nhiệt – Hấp thu nhiệt là sự chuyển hố tia nhiệt thành nhiệt, khi tia nhiệt đập vào bề mặt vật 23 Phân bố các dòng năng lượng do trao đổi nhiệt bức xạ trong trường hợp tổng qt • Nếu gọi: QA A QO QR R • QO QD D QO Q A QR QD   1 QO QO QO • A là hệ số hấp thu; • R là hệ số phản xạ • D là hệ số xun qua 24 Một số khái niệm • Các vật khác nhau thì hấp thụ nhiệt khác nhau Vật đen thì hấp thụ nhiệt. .. [w/m2] còn gọi là khả năng bức xạ đơn sắc Là mật độ bức xạ bán cầu đối với một dải hẹp chiều dài bước sóng   ( + d) E  dE d Q QR QA QD Sơ đồ phân bố dòng bức xạ 26 a Dòng bức xạ toàn phần: Q [W] là tổng năng lượng bức xạ phát ra trên bề mặt F của vật trên toàn bộ không gian nửa bán cầu với tất cả các bước sóng từ 0 -  b Dòng bức xạ đơn sắc: Q [W] là tổng năng lượng bức xạ phát ra trên bề mặt F... xương 20 • Nhận xét khi chiếu tia sáng mặt trời và sóng radio vào nguời? • Vậy, BỨC XẠ NHIỆT là gì? 21 Một số loại sóng điện từ 22 MỘT SỐ KH NIỆM VỀ BỨC XẠ NHIỆT • Bức xạ nhiệt là gì? – Những tia mà ở nhiệt độ thường gặp, chúng có hiệu ứng nhiệt cao, nghĩa là vật có thể hấp thu được và biến thành nhiệt năng, gọi là tia nhiệt Những tia này có bước sóng:   0.4 m  40 m – Bao gồm: tia tử ngoại, ánh... thể • Gọi E là tổng năng lượng bức xạ phát ra trên một đơn vị bề mặt, ta có: • (3.7) En 32 Trao đổi nhiệt bức xạ giữa các vật đặt trong môi trường trong suốt q12 = E12 = Ehd1 – Ehd2 T1, A1 T2, A2 E2 (1-A1)Ehd2 (1-A2)Ehd1 Ehd2  T1  4  T2  4  C0 q12       1 1  100    100     1  1  2 E1 Trao đổi nhiệt bức xạ giữa 2 tấm phẳng 33 Tác dụng của màng chắn xạ q12  q12  T   T C0 (... đều bằng nhau và bằng năng suất bức xạ của vật đen tuyệt đối E0 E E  E0   A A E0 30 Định luật Lambert (Định luật Cosin) • Năng lượng bức xạ của phân tố bề mặt bức xạ dF1 theo các phương khác nhau sẽ thay đổi tùy theo góc tạo thành giữa pháp tuyến của bề mặt đẳng nhiệt dF1 với phương cần xét E  E n cos  31 Định luật Lambert • Ở đây: E • En • là năng lượng bức xạ theo phương pháp tuyến và phương... số loại sóng điện từ 11 BỨC XẠ NHIỆT Dạng sóng Tia vũ trụ Tia gamma Tia Rơn-ghen Tia tử ngoại nh sáng thấy được Tia hồng ngoại Sóng vô tuyến Bứơc sóng 0.05*10-6 m (0.5 – 1).10-6 m 10-6 – 20.10-3 m 20.10-3 – 0.4 m 0.4 – 0.8 m 0.8 – 400 m > 0.2 km 2 Các đònh nghóa về bức xạ nhiệt: 12 PHÂN LOẠI THEO NGUỒN GỐC • Từ ánh sáng mặt trời : tia hồng ngoại, tia tử ngoại • Từ bức xạ ion : tia Alpha, tia... : Nhiệt độ tuyệt đối [K] - e : cơ số logarit tự nhiên - Chỉ số “0” biểu thò vật khảo sát là vật đen tuyệt đối 4 b Đònh luật Stephan –Bôzơman: T   E0  C0   E0 = 0.T4  100  C0 = 5,67 W/m2.K4 gọi là hệ số bức xạ của vật đen tuyệt đối  T  E  C.   100  4 29  E C  E0 C0 gọi là độ đen c Đònh luật Kirkhop: Trong điều kiện cân bằng nhiệt động, tỷ số giữa năng suất bức xạ và hệ số hấp thụ nhiệt. .. vật trắng thì phản xạ nhiệt nhiều hơn vật đen • Vật đen tuyệt đối: là vật có bề mặt hấp thụ hồn tồn các tia đập lên nó (A = 1; D=R=0) • Vật trắng tuyệt đối: là vật phản xạ tất cả các tia sáng đập lên nó (R=1; A=D=0) • Vật trong tuyệt đối: là vật cho tất cả các tia sáng đi qua nó (D=1; A=R=0) • Vật xám là vật hấp thụ một phần năng lượng của các tia sáng đập lên nó 25 d Cường độ bức xạ đơn sắc: E [w/m2]... tia Bêta, tia X, tia Gamma và Nơtron 13 BỨC XẠ TỪ ÁNH SÁNG MẶT TRỜI Mặt trời phát ra ánh sáng và tỏa nhiệt xuống trái đất Bao gồm các tia có bước sóng khác nhau: từ tia hồng ngoại có bước sóng dài đến tia tử ngoại có bước sóng ngắn Ở trong dãy quang phổ: từ ánh sáng đỏ trở lên là tia hồng ngoại, từ ánh sáng tím trở xuống là tia tử ngoại 14 SƠ ĐỒ BIỂU THỊ SỰ PHẢN XẠ VÀ HẤP THỤ NĂNG LƯNG MẶT TRỜI 15 ẢNH . sẫm thì thì hấp thụ các tia nhiệt càng nhiều. 7 B B Ứ Ứ C X C X Ạ Ạ NHI NHI Ệ Ệ T T II. BỨC XẠ NHIỆT Bức xạ nhiệt là sự truyền nhiệt bằng các tia nhiệt đi thẳng. Bức xạ nhiệt có thể xảy ra cả ở. bằng các tia nhiệt đi thẳng. Hình thức truyền nhiệt này gọi là bức xạ nhiệt. Bức xạ nhiệt có thể xảy ra ngay cả trong chân không. 2.Trả lời câu hỏi Thí nghiệm cho thấy khả năng hấp thị nhiệt của. áo màu trắng để giảm sự hấp thụ các tia nhiệt. 9 BỨC XẠ NHIỆT Một số khái niệm: • Bức xạ là gì? – Một vật bất kỳ có nhiệt độ lớn hơn 0K, luôn có sự biến đổi nội năng của vật thành năng lượng sóng điện