Bg truyennhiet c v tdn bucxa

Chương V Tuesday, June 06, 2023 TRAO ĐỔI NHIỆT BỨC XẠ TRONG MÔI TRƯỜNG TRONG SUỐT § 5.1 Các Khái Niệm Cơ Bản Một vật có nhiệt độ lớn độ không tuyệt đối ( K) có biến đổi nội vật thành lượng sóng điện từ, sóng truyền không gian theo phương với tốc độ ánh sáng với bước sóng có chiều dài  0  Ta có biểu thức mô tả quan hệ chiều dài bước sóng , tần số  tốc độ lan truyền sóng c môi trường khảo sát James Clerk Maxwell  c  ,m (5-1) Tốc độ lan truyền sóng môi trường khảo sát có quan hệ với tốc độ ánh sáng chân không sau c co 2,9979 10 m s co m s n, vận tốc ánh sáng chân không n - gọi chiết suất môi trường, n ~1 không khí hầu hết chất khí n ~ 1,5 trường hợp kính n ~ 1,33 cho trường hợp nước (5-2) Mỗi photon có tần số  mang lượng theo Max Planck sau e h   Với h 6,6256.10  34 J s h c  ,J (5-3) gọi số Planck Biểu thức thể bước sóng ngắn mang lượng lớn Vật có nhiệt độ lớn độ không tuyệt đối có khả phát tia xạ nhiệt, đồng thời có khả hấp thụ xạ từ vật khác chiếu đến Quá trình phát xạ hấp thụ diễn đồng thời, ta gọi trình trao đổi nhiệt xạ Xét hệ gồm vật trao đổi nhiệt xạ với nhau:  Nếu nhiệt độ chúng nhau, vật hấp thụ phát xạ lượng nhiệt nhau, ta gọi hệ trạng thái cân (cân động)  Nếu vật có nhiệt độ khác nhau, vật có nhiệt độ lớn phát xạ lượng nhiệt lớn lượng nhiệt mà hấp thụ, xét tổng nhiệt lượng truyền nhiệt cho vật có nhiệt độ thấp hơn, với quy luật truyền nhiệt: nhiệt lượng từ nơi có nhiệt độ cao đến nơi có nhiệt độ thấp Khả hấp thụ bước sóng điện từ vật có tính chọn lọc, khả hấp thụ lớn bước sóng khoảng  0,4 40 m (để biến thành nhiệt năng), chúng gọi tia nhiệt Quá trình phát sinh truyền tia nhiệt gọi trình xạ nhiệt § 5.2 Các Định Nghóa Cơ Bản 5.2.1 Dòng xạ toàn phần Q [W] Là lượng xạ phát bề mặt F vật đơn vị thời gian toàn không gian nửa bán cầu ứng với tất bước sóng  0  5.2.2 Dòng xạ đơn sắc Q [W/m]  Là dòng xạ xét ứng với dãi hẹp bước sóng từ  đến   d (trên không gian nửa bán cầu) 5.2.3 Khả xạ bán cầu E [W/m2] Hay gọi mật độ xạ bán cầu, dòng xạ toàn phần phát đơn vị diện tích E Q dF , W m2 (5-4) dòng xạ toàn phần (năng lượng xạ bán cầu) phát từ bề mặt nhân tố dF Q Do đó: Q E dF F ,W (5-5) Nếu toàn bề mặt có mật độ xạ đồng không thay đổi thì: Q E F ,W (5-6) 5.2.4 Khả xạ đơn sắc E [W/m3] Hay gọi cường độ xạ đơn sắc  mật độ xạ bán cầu ứng với giải hẹp chiều dài bước sóng E  dE d , W m3 (5-7) 5.2.5 Khái niệm hệ số xạ vật Dòng xạ G chiếu đến vật phân thành thành phần sau: - lượng xạ vật hấp thu (thành nhiệt) G - lượng xạ vật phản xạ lại môi trường G - lượng xạ xuyên qua vật G G G  G  G (5-8) G G G        1 G G G (5-9) Trong G G G  G G  G  hệ số hấp thu vật hệ số phản xạ vật hệ số xuyên qua vật Các hệ số , ,  thứ nguyên biến đổi từ đến 1, trị số chúng phụ thuộc vào chất vật lý vật, nhiệt độ, chiều dài bước sóng mà vật phát Như ta có trường hợp sau:  1    0   vật có khả hấp thu toàn lượng xạ chiếu tới gọi vật đen tuyệt đối  1    0   vật phản xạ toàn lượng xạ chiếu tới gọi vật trắng tuyệt đối (vật gương)  1    0   vật cho xuyên qua toàn lượng xạ chiếu tới gọi vật suốt tuyệt đối Trong thực tế ta gặp trường hợp sau:  0    1  khả xuyên qua không gọi vật đục § 5.3 Các Định Luật Cơ Bản Của Bức Xạ Nhiệt 5.3.1 Định luật Plank Định luật thiết lập mối quan hệ khả xạ đơn sắc vật đen tuyệt nhiệt độ chiều dài bước sóng: E o  C1  eC2 (T )  W m3 Với C1, C2 số Planck thứ thứ hai C1 2.h.c2o 0,3742 10  15 W.m C h.co k 1,4388 10  m.K  – chiều dài bước sóng, m T – nhiệt độ tuyệt đối vật, K k 1,38065.10 J K – số Boltzmann  23 Công thức 5-10 biểu diễn đồ thị sau: (5-10) Đồ thị Mật độ dòng đơn sắc – chiều dài bước sóng Nhận xét nhiệt độ định, E 0  0 , sau E tăng dần đạt đến giá trị cực đại chiều dài bước sóng  , sau E giảm dần đến    Nhiệt độ cao xạ mạnh, khoảng nhiệt độ thường gặp kỹ thuật, lượng xạ chủ yếu tập trung giải bước sóng   0,8 10 m Nhiệt độ tăng giá trị cực đại  quang phổ dịch phía bước sóng ngắn theo Định luật Vien o o m o m  m T 2,8978 mm.K (5-11) Vật xám vật có quang phổ đồng dạng với vật đen tuyệt đối tất bước sóng: E E const Thực nghiệm chứng tỏ phần lớn vật liệu kỹ thuật vật xám  o 5.3.2 Định luật Stefan – Boltzmann Định luật thiết lập mối quan hệ khả xạ bán cầu vật đen tuyệt đối phụ thuộc vào nhiệt độ  E o E o d  o T W m2 (5-12) số phụ thuộc vào đơn vị đo lường, hệ SI o o 5,67.10  W (m K ) Khả xạ bán cầu diện tích giới hạn đường cong thể đồ thị sau (5-13)