Vật lý xây dựng

Trang 1

PGS.TS LỄ BÁ SƠN

VẬT LÝ XÂY DỰNG

TRƯỜNG BẠI HỌC GIÁO THƠNG VẬN TÀI ` PHÂN HIỆU TẠI THÀNH PHỔ HỒ CHÍ MINH

THƯ VIỆN 314967

NHA XUAT BAN GIAO THONG VAN TAI HA NOI - 2013

Trang 3

LỜI NĨI ĐẦU

Giáo trình Vật lý xây dựng được viết theo chương trình đào tạo ngành xây dựng cơng trình giao thơng với thời lượng chương trình 2 tín chỉ

Giáo trình bao gồm các phần cơ bản: - Truyền nhiệt

- Chiếu sáng nội thất và chiếu sáng cơng cộng

- Tiếng ơn và chống ơ nhiễm tiếng Ơn

Các phần trên được phân bồ trong 4 chương Cuối mỗi chương đều cĩ câu hỏi

ơn tập và bài tập Phần lời giải hoặc hướng dẫn được in ở cuối sách

Giáo trình Vật lý xây dựng khơng những dùng cho sinh viên ngành xây dựng cơng trình giao thơng mà cịn dùng trong các chuyên ngành Xây dựng dân dụng và cơng nghiệp, chuyên ngành Kết cầu xây dựng chuyên ngành Kỹ thuật hạ tầng đơ thị

Trong quá trình biên soạn chúng tơi nhận được nhiều ý kiến của các chuyên gia ngành xây dựng cơng trình cũng như các đồng nghiệp ở bộ mơn vật lý, nhưng vì lần đầu xuất bản nên trong giáo trình cịn cĩ nhiều thiếu sĩt, rất mong được sự gĩp của

các đồng nghiệp, các bạn sinh viên Mọi ý kiến xin gửi về:

PGS.TS Lê Bá Sơn Bộ mơn Vật lý khoa Khoa học Cơ Bản Email: lebasongtvt@ gmail.com

Tac gia xin chan thanh cam on

Hà nội, tháng 4 nam 2013

VLXD * 3

Trang 5

MỤC LỤC

LOI NOI DAU | 3

MUC LUC Si 5

Chuong 1 TRUYEN NHIET 11

1.1 CƠ SỞ CỦA SỰ TRUYEN NHIET 11

1.1.1 Các khái niệm cơ bản " 1

1.1.2 Các nguyên lý cơ ban của nhiệt động học 12

- 1⁄2 TRUYÊN NHIỆT BẰNG DẪN NHIỆT - | 13

1.2.1 Hiện tượng truyền dẫn nhiệt 14

1.2.2 Định luật Fourier lạ

1.2.3.Phương trình vi phân dẫn nhiệt 14

124 Truyền nhiệt qua vách phẳng 16

1.3 TRUYEN NHIET BANG DOI LUU 17

1.3.1 Hién tuong 17

1.3.2 Phương trình truyền nhiệt bằng đối lưu 18

1.4 TRUYEN NHIET BANG BUC XA 19

1.41, Hiện tượng 19

1.4.2 Các định luật cơ bản về bức xạ nhiệt 19 1.4.3 Hệ số hấp thụ bức xạ nhiệt của bê mặt 20 1.4.4 Trao đổi nhiệt bức xạ giữa hai vật - 2ï

1.4.5 Xác định C'` và trong mot số truong hop 21

1.5 TRUYEN NHIET ON DINH QUA KET CAU NGAN CHE 22

1.5.1 Điều kiện — 22

1.5.2 Quá trình ằ 22

1.5.3.Tỉnh nhiệt lượng truyền qua kết cấu 22

1.6 DAN NHIET ON DINH CUA VAT CO NGUON NHIET BEN TRONG 23

Trang 6

1.7 CÁC HIỆN TƯỢNG VẬN CHUYẺN -

_- Ì,7.1 |Khải niệm

1.7.2 Mật độ dịng chất J

1.7.3 Các dịng khuếch tán cơ bản

1.8 MẶT TRỜI

1.8.1 Cấu tạo mặt trời 1.8.2 Búc xạ của mặt trời

1.8.3 Tác hại của mặội trời tới mắt

1.9 CÁCH NHIỆT

1.9.1 Sử dụng vật liệu cách nhiệt

1.9.2 Che nắng, tạo bĩng mái

1.9.3 Hạn chế nguơn phát nhiệt

HƯỚNG DẪN ƠN TẬP

BÀI TẬP TỰ GIẢI TÀI LIỆU THAM KHẢO

Chương 2 CƠ SỞ CỦA SỰ CHIẾU SÁNG

2.1 LY THUYET CHUNG VE ANH SANG

2.1.1 Lý thuyết cơ bản về ảnh sáng

2.1.2 Bản chất sĩng của ánh sáng

2.2 ANH SANG VA TH] GIAC

2.2.1 Sự khúc xạ ánh sáng trong mắt

2.2.2 Cơ chế điễu tiết

2.2.3 Độ nhậy của mắt

2.3 CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐO ÁNH SÁNG 2.3 1 Năng lượng bức xạ điện từ

Trang 7

2.3.0 Độ Irưng 2.3.7 Các định nghĩa khác

2.3.8 Quan hệ giữa độ rọi, độ chĩi và độ trưng

2.4 CÁC ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN CỦA QUANG HÌNH HỌC 2.4.1 Định luật phản xạ và khúc xạ: 2.4.2 Sự hấp thụ ảnh sảng 2.4.3 Sự phản xa anh sang 2.4.4 Sự thấu xạ ánh sáng 2.5 ĐÈN CHIẾU SÁNG 2.5.1 Đèn sợi đốt (GLS) 2.5.2 Dén Halogen-Vonfam 2.5.3 Đèn huỳnh quang

2.5.4 Den huynh quang compact 2.5.5 Dén hoi Natri

2.5.6 Đèn hơi thủy ngân

2.5.7 Đèn kết hợp

2.5.8 Dén halogen kim loại 2.5.9 Den LED

2.6 BO DEN

2.6.1 Nguơn phát sáng - mặt phản xạ 2.6.2 Bộ phận phụ trơ

2.6.3 Các thơng số chủ yếu của bộ đèn chiếu sáng cơng cộng | 2.6.4 Các thơng số về quang học của bộ đèn chiếu sáng cơng cộng

2.6.5 Một số lời khuyên

CÂU HỎI HƯỚNG DẪN ƠN TẬP BÀI TẬP TỰ GIẢI

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Trang 8

Chương 3 CHIẾU SÁNG CƠNG CỘNG

3.1 CHIẾU SÁNG NỘI THÁT 3.1.1 3.1.2 3.2 THIẾT 3.2.1 3.2.2 32.3 3.3 CHIẾU 3.4 NGUƠ 3.4.1 3.4.2 3.4.3

Các yêu cầu chủ yếu thiết kế hệ thống chiếu sang Các bước thiết kế chiếu sảng nội thất

KE CHIEU SANG DUONG PHO

Thiết kế chiếu sáng ngồi đường

Phương pháp tỉ số R trong thiết kế chiếu sáng

Phương pháp độ chĩi điểm trong thiết kế chiếu sáng

SÁNG CÁC CƠNG TRÌNH THẺ THAO NGỒI TRỜI

N CUNG CÁP ĐIỆN CHO CHIEU SANG CONG CONG

Các thơng số điện chủ yêu của bộ đèn chiêu sáng cơng cộng Các phương pháp cung cấp điện

Tính tốn tiết diện dây dẫn

3.5 TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG CHIỀU SÁNG CƠNG CỘNG

3.5.1 Sử dụng điện hợp lÿ

3.5.2 3.5.3 3.5.4

Đội phá tiết kiệm năng lượng nhờ nắng và giĩ Hệ thống chiếu sáng thơng minh

Bảng danh sách giải pháp

HƯỚNG DẶN ỒN TẬP "BÀI TẠP

TAI LIEU THAM KHAO

Chuong 4 TIENG ON

‘4.1 CAC KHAI NIEM MG ĐẦU -

4.1.1 4.1.2 4.1.3 4.1.4, 4.1.5 VLXD * 8

Sự hình thành sĩng cơ trong mơi trường chất

Các khái niệm

Các đặc trưng của sĩng Ham song

Phuong trinh song

Trang 9

4.2 SỰ LAN TRUYÊN SĨNG CƠ KHI GẶP VẬT CẢN

4.2.1 Phản xạ và khúc xạ sĩng cơ 4.2.2 Hiện tượng giao thoa sĩng

-4.2.3 Hiện lượng nhiễu xạ của song co 4.3 TIENG ON

4.3.1 Khái niệm cơ bản về âm thanh và tiếng Ơn 4.3.2 Các nguơn đây ơ nhiễm tiếng Ơn

4.4 THINH GIAC VA TIENG ON

4.4.1 Cấu tạo tai người

4.4.2 Ảnh hưởng tiếng ơn đến thính giác

4.4.3 Tiếng ơn ảnh hưởng đến sức khỏe con người

4.5 KHAC PHUC TIENG ON

4.5.1 Qui hoạch kiến trúc hợp lý

4.5.2 Giảm tiếng ơn và chan động ngay tại nguơn

4.5.3 Sử dụng các thiết bị tiêu âm, cách âm

4.5.4 Phương pháp thơng tingiáo duc con người

4.6 KHÁC PHỤC TIENG ON TRONG GIAO THONG VAN TAI

4.6.1 Nguồn gây Ơn trong giao thơng vận tải

4.6.2 Các biện pháp chủ động phịng chong tiếng Ơn 4.6.3 Các nguyên tắc quy hoạch đơ thị chong tiếng Ơn ˆ4.6.4 Khảo sát ơ nhiễm ơn đường pho

4.7 TIEU CHUAN TIENG ON

4.7.1 Pham vi ap dung

4.7.2 Tiêu chuẩn trích dẫn

4.7.3 Loại phương tién

4.7.4 Giá trị giới hạn -

CÂU HỎIƠNTẬP -

BÀI TẬP TỰ GIẢI TÀI LIỆU THAM KHẢO

Trang 10

HƯỚNG DAN GIẢI BÀI TẬP 137

Chương 1 Truyền nhiệt 137

Chương 2 Cơ sở của sự chiếu sáng 140

Chường 4 Tiếng Ơn si 144

PHY LUC _ 148

PLI.|Một số loại đèn chiễu sang cĩ 148

PL2 | Độ cao tối thiểu đề đặt đèn 149

PL3 Tác động của màu sắc lên tâm lỷ con người 149 PL4 Các loại đèn dung chiếu sáng vườn hoa 150 PLS hie chiếu sáng trong các khu vực 150

PL6 Hiệu suất và cơng suất biến đổi theo điện áp 5i PL7 Các mức độ rọi cho các loại cơng việc 15]

‘PL8 Bang phân loại lớp? phú mặt đường 156 PL9 Hệ số sử dụng quang thơng đèn 160 PL10.| Cơng suất và quang thơng của mội số đèn thơng dụng 165

PLI1.Tiéu chudn Viét nam vé an toan dién 166

PL12.D6 roi trung binh trén mot số bê mặt 167

Trang 11

Chương I TRUYỀN NHIỆT

Những thế kỷ gần đây hàng loạt cơng trình xây dựng hùng vĩ mọc lên trên khắp thế giới Nhiéu cơng trình xây dựng đã trở thành biểu tượng của thành phố và khu vực Đất nước ngày càng đẹp hơn khi cĩ các lâu đài to đẹp các cơng trình giao thơng hồnh tráng tơ điểm Tuy nhiên các cơng trình này cũng hấp thụ nhiệt, tỏa nhiệt, thay đổi hướng chuyển động của các dịng khí, hướng giĩ làm thay đổi điều

kiện khí hậu của mơi trường xung quanh, ảnh hưởng đến điều kiện sống của dân cư

trong khu vực Trong chương này chúng ta tìm hiểu các quy luật cơ bản về sự truyền nhiệt và vận dụng các quy luật này tr ong xây dựng Các hiện tượng truyền nhiệt xảy ra giữa các vật thể với nhau hoặc vật thể với mơi trường Các hiện tượng truyền nhiệt là các trường hợp riêng của nhiệt động học vì thế chúng phải tuân theo các nguyên lý cơ bản của nhiệt động học

1.1 CO SO CUA SU TRUYEN NHIỆT

1.1.1 Các khái niệm cơ bản

d⁄/ Chuyển động nhiệt

Trong vật lý chúng ta đã biết các khái niệm nhiệt độ và nhiệt lượng liên quan

chặt chẽ đến chuyển động nhiệt của phân tử Chuyển động nhiệt của các phân tử chất lưu và chất rắn cĩ những điểm khác nhau nhưng đều cĩ điểm chung là hỗn loạn

Các phân tử chất lưu trong hệ nhiệt động cĩ thể vừa chuyên động hỗn loạn (chuyển động Brown) và vừa chuyền động cĩ hướng Nhưng động năng chuyên động cĩ hướng của các phân tử nhỏ hơn rất nhiều động năng chuyển động nhiệt của nĩ

Lay vi du nhu chuyển động của một cơn bão nhiệt đới Nhiệt độ của khối khí chuyển

động 30C thì vận tốc chuyên động nhiệt của phân tử khí khoảng 400m/s Trong khi đĩ chuyển động cĩ hướng của phần tử trong cơn bão cap 12 chi la 105(km/h) tức khoảng 30m/s Con chuyển động của tâm bão lại chậm hơn nhiêu, chỉ khoảng 20 km/h

b Nhiệt độ: là đại lượng đặc trưng cho mức độ chuyên động hỗn loạn của các phân tử chất Nhiệt độ chất càng tăng mức độ chuyên động hỗn loạn của các phân tử chất càng tăng và khi nhiệt độ giảm thì mức độ chuyên động hỗn loạn của các phân tử cũng giảm theo

Cùng với áp suất, thể tích, entropi, nhiệt độ của hệ là một trong bốn thơng SỐ trạng thái cơ bản của nhiệt động học và vật lý phân tử

VLXD * 1]

Trang 12

Nhiệt độ của hệ được xác định bởi nhiệt kế Khi nhiệt độ thay đổi thỉ số chỉ của

nhiệt kế cũng phải thay đổi Hiện nay trên thể giới thường sử dụng các thang nhiệt độ bách phân (T° C) và nhiệt độ tuyệt đối (TỶ K), nhiệt độ Farenheit ( T°F), nhiệt độ Rankin a R) Giữa các thang nhiệt độ này cĩ mơi liên hệ:

T°K =T°C+273= 21 R == = 2 (PF -32)+273

c Nhiệt lượng: là đại lượng đặc trưng cho sự trao đổi năng lượng của vật liên quan đến mức độ chuyên động hỗn loạn của các phân tử Khi hệ nhiệt động bị nung nung nĩng, hệ nhận nhiệt lượng, thì nhiệt độ của hệ tăng Ngược lại khi hệ bị tỏa nhiệt (năng lượng của hệ giảm) thì nhiệt độ của hệ cũng giảm

d Chú ý: giống như nhiệt lương, cơng cũng lả phần năng lương trao đổi nhưng khác với nhiệt lượng là phần năng lượng trao đơi nảy liên quan đến chuyên động cĩ hướng của |các phân tử trong hệ

e/ Một số đơn vị đo áp suất và nhiệt lượng

Trong hệ SI : đơn vị của áp suất [p] = N/m? = Pa (Paxcal)

t

Ngồi ra cịn dùng các đơn vị sau : - Atmotfe (kỹ thuật): kí hiệu là at

lat = 9,81.10°N/in?

- Milimet thủy ngân (hay tor): bang áp suất tạo bởi trọng lượng cột thủy ngân cao lmm

lat = 736mmHg =736 tor

ibar = 105N/m?= 0,76mmHg

Nhiệt lượng đo bằng Jun trong hệ SI nhưng trong kỹ thuật nhiệt người ta cịn dùng đơn vị là calor (cal), Btu (Bristish thermal unit), kWh Giữa các đơn vị này cĩ mơi liên hệ: 10) = 0,239 (cal) = 2,77.10° (kWh) =0,849.10° (Btu)

1.1.2 Cac nguyén lý cơ bản của nhiệt động học a/ Nguyên lý thứ khơng:

“ Néulhai vat (hệ) cĩ nhiệt độ T; và Tạ cùng bằng nhiệt độ T› của vật(hệ) thứ ba thì nhiệt độ hai vật đĩ băng nhau, tức là Tìị=T›

Nguyên lý thử khơng là cơ sở để đo nhiệt độ _ b/ Nguyên lý thú nhất của Nhiệt động học

“ Độ biến thiên nội năng của một hệ nhiệt động bằng tổng cơng A vì nhiệt

lượng Q mà hệ nhận được”

AU =A+O (1-1)

12 * VLXD

Trang 13

Nếu gọi A°= -A là cơng sinh ra thì Q=AU-A=AU+A'

Từ các biểu thức trên, ta thấy khi nhận nhiệt lượng hoặc nhận cơng cơ học thi

nội năng của hệ tăng tức là nhiệt độ của hệ cũng tăng

Dựa vào Nguyên lý I chúng ta giải thích được tất nhiều các hiện tượng nhiệt học, tuy nhiên vẫn cĩ nhiều hiện tượng mặc dù thỏa mãn nguyên lý ] nhưng van khơng xảy ra

c/ Nguyên lý thứ hai của hệ nhiệt động

Nguyên lý thứ nhất khơng cho biết được chiều truyền nhiệt giữa các vật trong hệ cơ lập Đề biệt được chiêu truyện nhiệt chúng ta phải nghiên cứu nguyên lý thứ hai của nhiệt động học Nguyên lý này cĩ ba cách phát biểu:

c1/ Nhiệt lượng khơng thê tự động truyền từ vật lạnh sang vật nĩng hơn

c2/ Khơng thê chế tạo được động cơ hoạt động tuần hồn biến đổi liên tục nhiệt

lượng thành cơng cơ học băng cách làm lạnh một vật mà mơi trường xung quanh

khơng bị thay đổi

c3/ Quá trình xảy ra trong hệ cơ lập theo chiều Entropi của hệ tăng

Nguyên lý 2 khẳng định khơng thể chế tạo động cơ vĩnh cửu loại 2 loại động

cơ sinh cơng chỉ nhận nhiệt ở một nguồn duy nhất Điều đĩ cũng cĩ nghĩa hiệu suất của các động cơ nhiệt khơng thể bang 1

Như vậy các động cơ nhiệt khi hoạt động đã tỏa nhiệt điều này làm mơi trường nĩng lên

Khơng chỉ vậy, nguyên lý thứ hai chỉ cho chúng ta quá trình diễn biến ở hệ cơ lập Hệ nhiệt động cơ lập ở trạng thái khơng can băng bao giờ cũng tiến vẻ trạng thái cân bằng Đĩ là chiều mà các quá trình truyền nhiệt và vận chuyển phải thực hiện

1.2 TRUYEN NHIET BANG DAN NHIET

Các vật thường cĩ nhiệt độ khác nhau Giữa chúng thường xảy ra các hiện tượng trao đổi nhiệt lượng Cĩ ba phương thức truyền nhiệt cơ bản Đĩ là:

- Truyền dẫn nhiệt;

- Truyền nhiệt bằng đối lưu; - Bức xạ nhiệt

Chúng sẽ lần lượt nghiên cứu từng phương thức và xem xét ảnh hưởng của sự

truyền nhiệt đến cuộc sống con người

VLXD * 13

Trang 14

trong một đơn vị thời gian tỉ lệ với gradient nhiệt độ:

1.2.1 Hiện tượng truyền dẫn nhiệt `

Khi|đốt nĩng đầu A của thanh kim loại AB thì sau một khoảng thời gian đầu B của thanh đã nĩng lên Đây là hiện tượng: Niiệ lượng đã được vật liệu truyền dẫn từ đầu A đến đầu B

Thực nghiệm cũng chứng tỏ: nhiệt lượng truyền trong thanh phụ thuộc vào sự

chênh lệch nhiệt độ giữa hai đầu thanh và sự dẫn nhiệt của thanh

Hiện tượng truyền dẫn nhiệt xảy ra trong mọi mơi trường chất nhưng ở chất răn manh hon, chất lỏng và chất khí yếu hơn

1.2.2 Định luật Fourier

Nhiét luong truyền qua một đơn vị điện tích

q =(-A grad T | (1-2)

ron đĩ Gradien nhiệt dé (grad T) là độ tăng nhiệt độ theo phương pháp tuyển của bê mặt đăng nhiệt:

.Of -ỪT -=0T -ơT ä4T=n—=i—+j—+k——

gra ơn ox) Oy ee

Dau (|-) chứng tỏ nhiệt lượng truyền từ nơi cĩ nhiệt độ cao đên nơi cĩ nhiệt độ thâp

Hình 1-1 Hệ tọa độ trụ

1.2.3 Phường trình vi phân dẫn nhiệt

d⁄ Phương trình

Từ định luật Fourier người ta đã tìm được phương trình vi phân dẫn nhiệt:

oT Of algAT + & (1-3) Z 4 Ot cp 7-2 TS Trong hệ tọa độ Đề các: < `\M A? a a x OY: Asa oF ae TOFD)

Trong Le tọa độ trụ, thì tọa độ một x diém trong toa dé tru: F =7(r,Q,z) va:

2 2 2 ;

A= oO +— I a 2 0 + Oo Hình 1-2 Hệ tọa độ câu

ar r ar = Oy 8z

Cịn trong tọa độ cầu: ï = r(r,Ơ,@) và

14* VLXD

Trang 15

2 © (sing 2) 4 0 — ee

rar a sing 6 00° rˆsin?øØ ờ?

Hệ số khuyếch tán nhiệt độ a cĩ quan hệ với nhiệt dung riêng ¿ và khơi lượng

riêng /2 và hệ số dẫn nhiệt Ä như sau:

a=— (1-5)

- qy la céng suất nhiệt mà nguồn nhiệt sinh ra trong một đơn vị thể tich(W/m?) Néu trường nhiệt là dừng( nhiệt độ T khơng thay đổi theo thời gian) thì phương trình vi phân dan nhiệt dừng là :

4,

AT+—=0 ya (1-6) 1-

Néu trường nhiệt là dừng và mơi trường khơng cĩ nguồn nhiệt thì :

AT=0 (1-7)

b/ Điều kiện đầu và điều kiện bờ (biên) Điều kiện dau

Điều kiện đầu cho biết quy luật phân bố nhiệt độ trong vật thê ở thời điểm ban

đầu Điều kiện này chỉ cĩ mặt trong quá trỉnh khơng ơ én định Nếu quá trình ổn định (dừng) thì khơng cần điều kiện này

Điều kiện bờ (biên)

Điều kiện biên cho biêt đặc điểm quá trình nhiệt xảy ra tại biên của vật Cĩ các điêu kiện biên như sau:

e Điều kiện biên loại 1: cho biết quy luật phân bố nhiệt độ trên bề mặt vật (Tạ ) e Điều kiện biên loại 2: cho biết mật độ dịng nhiệt tại bề mặt vật (qm )

e Điều kiện biên loại 3: cho biết quy luật tỏa nhiệt giữa bề mặt vật và mơi

trường chât lưu bao quanh vật tuân theo phương trình: Newton- Lyberman q=adT

e Diéu kién bién loại 4: cho biết dịng nhiệt bảo tồn khi qua hai mặt:

ZO — on ml : ổn m2 - "

œ/ Hệ số dân nhiệt

Hệ số dẫn nhiệt 2 những phụ thuộc vào thể ( rắn, lỏng khí) của chất và vào ,

loại vật liệu Các vật liệu khác nhau thì sự dẫn nhiệt cũng khác nhau

VLXD * 15

Trang 16

Bảng Ld Hé sé dan nhiệt của một số vật liệu

STT Loại vật liệu À (kcal/m.h TS)

1 Bé tong cét thép 1.33

2 Gạch đất sét nung 0,66

3 Đơng 384,00

4 Nước ở nhiệt 46 20°C 0,5

5 Khơng khí ở nhiệt d6 20°C 0,25

- Hệ số dẫn nhiệt cịn phụ thuộc vào khối lượng riêng, độ â âm của vật liệu Thực

nghiệm cho thấy hệ số dẫn nhiệt tỷ lệ với khối lượng riêng với độ âm của vật liệu - Cau trúc vật liệu và độ rỗng của nĩ cũng ảnh hưởng đến hệ số dẫn nhiêt Với vật liệu đẳng Tướng như tre gỗ thì hệ số dẫn nhiệt theo thớ dọc lớn hơn theo phương nằm ngang

1.2.4 Truyền nhiệt qua vách phẳng

Trong ngoai cua bú

khoang thoi

lĩnh vực xây dựng, hiện tượng dẫn nhiệt rất hay xảy ra Ví dụ khi mặt c tường bị năng chiêu, nhiệt độ mặt ngồi của bức tường tăng, sau một gian nhiệt độ bên trong của bức tường cũng tăng Hoặc mùa đơng nhiệt

độ trong phịng lớn hơn nhiệt độ bên ngồi, nhiệt lượng lạt truyên ra bên ngồi Xét tru

cĩ hệ sơ dân ơn định

Phươn

ong hợp dẫn nhiệt ơn định, một chiều qua một vách phang day d (m)

nhiệt 2Ÿ, chiều rộng của lớp vách rất lớn, nhiệt độ ở 2 bề mặt là 7j,7,

& trình vi phân của phương thức dẫn nhiệt:

a’T 7 =9 ⁄ dx : ⁄ 2

ới điều kiện biên: « ⁄

| — x=d,T=T, T, ⁄

⁄ ⁄

Nghiệm của phương trình : 7=Œ,x + C2 £

Từ điều kiện biên tìm được : 0 đ X

T, -T

C,=7;C, =-+— Hình 1-3 Phân bố nhiệt độ

trong vách một lớp

T, -T

T = _——* + T,

Tính nhiệt lượng q truyền qua một đơn vị diện tích trong một đơn vị thời gian, theo dinh luat Fourier:

16 * VLXD

vànbio

Trang 17

và cdc dong chất lỏng lạnh tù ảo đối lưu

aT T, -T, q = =Ä > gaa dx d A q=— 7-1) A

Chit y =k (keal/m?.h.°C) la nhiét din cla vach

d 27,0

—=R mh Sh ol là nhiệt trở của vách

%

Trong trường hợp dẫn nhiệt ơn định qua nhiều lớp:

q =d = 4, = 43 ==, d qT) 942217, ‘| A d 4< (T]) >4 7 =f2=T Â, đ, đạ = 2, ~ Tu) > In 2 =T,- Tat n HW T= ntl _ Tị—T, nti ¬ đ, n N 7 ‡ q=

n lớp thì lớp trong cùng nhiệt độ 1, ngồải cùng là Tờ

1.3 TRUYEN NHIET BANG DOI LUU

1.3.1 Hiện tượng

Khi một nồi nước đặt trên bếp lửa Mặt dưới của đáy nổi được nĩng lên, do

a/Dinh nghia:

hiện tượng dẫn nhiệt mặt trên của đáy noi cũng nĩng lên và lớp nước sát đây nỗi cũng bị nĩng lên Việc tăng nhiệt độ làm khối nước thể tích khối nước tăng, khối lượng riêng của lớp nước này giảm Lớp nước này nỗi lên phía trên trong khi đĩ lớp nước trên cùng lạnh hơn, khối lượng riêng lon hon sé bi chim xuống đáy nồi Trong nỗi liên tục cĩ các dịng nước nĩng ở đáy nồi chuyển dịch lên phía trên cịn dịng nước lạnh chuyên xuống phía dưới Những dịng nước này liên tục đưa nhiệt lượng

từ đáy nổi lên mặt nước

Hiện tượng truyền nhiệt do các dịng chất lỏng nĩng từ phía dưới chuyển lên

TRUONG BAI HOG GIAG THONG V,

THU VIEN

phía trên chuyên xuống phía dưới

ANT |

PHAN HIEU TAI THANH PHỐ HỔ CHÍ MÌNH

Trang 18

|

| |

Hiện tượng đối lưu xảy ra chỉ trong chất lỏng và chất khí (gọi chung là chất lưu) và khơng xảy ra trong chất rắn

b/ Phan toại

Cĩ hai loại đối lưu: đối lưu tự nhiên và đối lưu cưỡng bức

Đối hư, tự nhiên xảy ra khi địng chất lưu cĩ sự chênh lệch nhiệt độ (hoặc áp suất) giữa hai điểm trong mơi trường

Đối lưu cưỡng bức gây bởi tác động của các vật thể khơng thuộc mơi trường

|

Nếu chất lưu là chất khí thì hiện tượng đối lưu nhiệt tạo ra dịng chất lưu vận chuyên, tạo nên gid Die

1.3.2 Phương trình truyền nhiệt bằng đối lưu

Tính chính xác truyền nhiệt bằng đối lưu khá phức tạp, T phụ thuộc vào nhiều yêu tố Chẳng hạn độ nhẫn bẻ mặt cũng

như vận tốc của lớp chất lưu sát bê mặt tiếp xúc và sự chênh lệch nhiệt độ của lớp chất lưu sát bề mặt với nhiệt độ bề mặt

tiếp xúc |

55x

Hình 1-4

Nhưng cĩ thể dùng cơng thức gần đúng Newton-Lyberman:

| q= 0a Clng — T) (1-9)

VÃ k Ly cà LA no 1 kk

T ng» Ila nhiệt độ của điêm chât lưu đang khảo sát và bê mặt của kết cầu

Đề đặt trưng cho khả năng trao đơi nhiệt mạnh hay yếu giữa bể mặt tiếp xúc và lớp chất lưu) người ta cing ae dai one gọi là hệ số trao đỗi nhiệt đỗi lưu, được kí hiệu

là da, cĩ đơn vi la kcal/m h

Định nghia: hệ số trao đổi nhiệt đối lưu aạ là đại lượng cĩ giá trị bằng nhiệt lượng do mội đơn vị diện tích bê mặt trao đổi với đồng chất lưu trong khoảng một đơn vị thời sian khi chênh lệch nhiệt độ giãa chất lưu và bê mặt là 1 °C

Trong lĩnh VỰC xây dựng hệ số trao đồi nghiệt đối lưu được cho bởi các bảng sau Đối lưu bên trong, bên ngồi của kết cầu cĩ nhiều điểm khác nhau Đối lưu bên trong thường là đối lưu tự nhiên, cịn đối lưu bên ngồi cĩ cả đối lưu cưỡng bức Đối

voi mat trong kết cấu ngăn che cĩ đĩng kín của cĩ thể sử dụng cơng thức:

dœa=b( AT )!3 (1 -10)

AT - hiệu số nhiệt độ giữa bề khơng khí và bề mặt tiếp xúc

|

b- hé sộ ảnh hưởng của trạng thái truyền nhiệt, với tường thăng đứng:

b= 1,43, san nam ngang -

b=1,0 “truyén nhiệt từ trên xuống

b=] 861 truyền nhiệt từ dưới lên

Trang 19

2 » & v 2 & & Ae oA

Bảng 1.2 Trị sơ da ,cho mặt trong của kết câu bao che, do đơi lưu tự nhiên:

AT(°C) 1 2 3 4 | § 6 8 10 | 20 og keal/m’.h.C | 1,45 | 1,83 | 2,09 | 2,31 | 2,48 | 2,64 | 2,90 | 3,12 | 3,9

Bang 1.3 Trị số da ,cho mặt ngồi của kết cầu bao che,déi lưu cưỡng bức do giĩ thơi vào bê mặt kết cdu:

v( m/s) 05 | 1 [1512 [ 3 4 5 | 6 | 8 | 10 agkcal/m?.h.°C | 3,10 | 5,42 | 7,50 | 9,45 | 13,05 | 16,40 | 19,65 |22,70| 28,6 | 34,20

1.4 TRUYEN NHIET BANG BUC XA

1.4.1 Hiện tượng

Trong hai loại truyền nhiệt: truyền dẫn và đối lưu, hiên tượng truyền nhiệt chỉ xảy ra khi giữa vật phát nhiệt và vật thu nhiệt phải cĩ mơi | truong truyén dan Néu hai vật đặt trong chân khơng thì hai hiện tượng trên khơng thể xảy ra Tuy nhiên với hiện tượng bức xạ nhiệt thì khơng cần mơi trường dẫn nhiệt Các vật cĩ nhiệt độ lớn hơn 0°K đều bức xạ ra các tỉa nhiệt Mặt trời bức xạ ra các tia nhiệt đến mọi vật trên mặt đất sau khi qua cả khoảng khơng mênh mơng Tia nhiệt cũng giống như tỉa sáng chỉ khác nhau về tần số Nếu tia nhiệt bị phản xạ hồn tồn ở mặt của vật nào đĩ thì vật

đĩ được gọi là “ vật trang tuyét đối”, cịn bức xạ nhiệt bị hấp thụ hồn tồn thì vật đĩ

được gọi là “vật đen tuyệt đối” Cường độ bức xạ nhiệt phụ thuộc vào nhiệt độ bề mặt và khả năng bức xạ của vật liệu Cùng một nhiệt độ thì vật đen tuyệt đối khi bức xạ nhiệt mạnh nhất

Định nghĩa: “Quá trình truyễn nhiệt bằng sĩng điện từ được gọi là truyền nhiệt

bằng bức xạ”

1.4.2 Các định luật cơ bản về bức xạ nhiệt

a/ Định luật Plank:

Cường độ bức xạ của vật đen tuyệt đối phụ thuộc vào nhiệt độ T và bước sĩng

^ theo hệ thức:

_ C, _ (1-12)

C;

vÍe -1

C=3,71.10"° (Wim? ); Cz= 1,41.10° (m)

Từ định luật Plank cĩ thé tim nang suất tỏa nhiệt của một vật:

Io,

` 4

4= |1a;4Ã |e da i)

° ° fe —]

Trang 20

b/ Định luật Stefan — Bozmant Nhiệt lượng bức xạ của một đơn vị điện tích,

trong một đơn vị thời gian tuán theo quy luật:

T 4

=W=C|——

sw =CÍ ng)

Đơi khi định luật trên cịn được viết dưới dang:

alah

W =aoT* (1-11)

é số hap thu cua vat(0 <a <1)

o = 5,67.10°8 (W!mˆ”KỶ) : là hệ số Stefan_Boltzman

C = đơ hệ số bức xạ nhiệt bê mặt

Năng tuất bức xạ nhiệt của một vật tỉ lệ với nhiệt độ tuyệt đối mũ bốn - Nhiệt độ thuyệt đối T = 273 +T °C -

Bảng 1.3 Sau đây là bằng hệ số bức xạ bê mặt của vài loại vật liệu:

TT Vật liệu C kcal/m*.h.°K/100)4

1 Vật đen tuyệt đối 4,96

2 Gạch đỏ thơng thường 3,10

3 Giấy lợp màu đen 4,52

4 Mặt nước yên tĩnh 4,75

œ/ Định luật Wien về bước sĩng ứng với cường độ bức xạ cục đại

_ “Bước

T

sĩng ứng với cường độ bức xạ nhiệt cực đại, tỷ lệ nghịch với nhiệt độ

bê mặt của vật bức xạ” Hang s6 Wien b =2,98.10°mK

1.4.3 Hé số hấp thụ bức xạ nhiệt của bề mặt

Một vật khi nhận được lượng nhiệt từ các vật khác thì chỉ giữ lại một phân,

phần cịn lại phản xạ vào khơng g1an xung quanh

Hệ số hấp thụ bức xạ nhiệt bề mặt A là đại lượng đo bằng tỉ số giữa lượng

nhiệt mà bề mặt giữ lại với tồn bộ nhiệt lượng mà các bề mặt khác bức xạ tới Người ta đã chứng minh được:

lơi

Cy

Ty sé GICs chính là độ đen của vật thể như vậy hệ số hap thu bức xạ chính là

Trang 21

1.4.4 Trao đơi nhiệt bức xạ giữa hai vật

Nhiệt lượng luơn truyền từ nơi cĩ nhiệt độ cao đến nơi cĩ nhiệt độ thấp nhưng

giữa hai vật gần nhau luơn cĩ bức xạ nhiệt hai chiều Chúng ta khảo sát việc bức xạ nhiệt hai chiều này phụ thuộc vào nững yếu tổ nào

Nếu 7¡> 7s thì nhiệt lượng truyền từ vật | đến vật 2

Qi2=Qi-Q

cà T

Với OQ, = Si Goo: _,T

Q, =S,C, Ca) shoal!)

C- hệ số bức xạ nhiệt của vật liệu

Š~ điện tích trao đơi bức xạ nhiệt Vậy nhiệt lượng truyền giữa 2 vật:

LOT, T

Nêu T,>T;¿ 9 O,, =S8,.C |\(—-)* -(—-)'

(O02 ra 1 iy ta) Jou

100 100

T), Tz, S},S2 - Nhiét độ và diện tích bề mặt vật l và vật 2; -

C` - hệ số búc xạ tương đương giữa 2 vật, -

| T T

T)< 1 > Q,_, = 5; C ca EY fo

P\-2>Pr1 -hé số gĩc bức xạ mặt l đến mặt 2;

(1; - biểu thị năng lượng của mặt l bức xạ tới mặt 2 với tồn bộ năng lượng mặt Ì bức xạ ra xung quanh

(?- khơng phụ thuộc vào nhiệt độ, chỉ phụ thuộc vào vị trí kích thước hình học,

giữa 2 vật : |

1.4.5 Xac dinh C’ va Ø trong một số trường hợp

1

a/ Hai mặt song song œ = 1 1]

C, C, C,

Pi» = Pr =]

b/ Vật 1 lơi bị vật 2 bọc hồn tồn:

Ss ,_, =1, Pr TS: L1 S1 1 —=—+—(—-—`) Ch Cy Sy Cy Cy

Hình I-5 Bức xạ nhiệt giữa hai vat

_ VLXD*2I

Trang 22

c/ Hai re ở vị trí bắt kỳ _ CC; Cy C'

QM - tham khảo tài liệu |

1.5 TRUYEN NHIET ON DINH QUA KET CAU NGAN CHE

1.5.1 Dieu kign |

Truyền| nhiệt ơn định qua kết cấu khi nhiệt độ bên trong T, và Tạ khơng đơi,

địng nhiệt lượng qua các vách khơng đối

1.5.2 Quá trình

- Giai đoạn I : Thư nhiệt Nhiệt truyền từ khơng khí trong nhà đến mặt trong

kêt câu, chủ yêu băng đơi lưu

4,=œ,Œ; —T,);(kcal | mh)

- Giai đoạn 2: Xuyên qua Nhiệt truyền từ mặt trong đến mặt ngồi kết cấu Chủ yêu bang dan nhiệt

g, = (T, ~T,,,);(keal mh)

Két cdujcé n lớp Nhiệt độ ở lớp trong cùng là Tị¡ và lớp ngồi cùng Th¿¡

~ Giai đoạn 3 : Tỏa nhiệt Nhiệt truyền từ mặt ngồi kết cầu ra ngồi khơng khí bên ngồi nhà , chủ yêu băng đơi lựu '

ng = Qin Tha ~ Ty ); (kcal/ m'h)

1.5.3 Tính nhiệt lượng truyền qua kết cầu

Trong trường hợp truyền nhiệt ơn định:

Gi = Fi-q2 > 93- “= Qn = dng> qo

Chia hai| vê cho các hệ sơ, rồi cộng lại chúng rút được:

Trang 23

e Tính nhiệt độ bề mặt ở các lớp kết cấu

Xét nhiệt lượng q¡ truyền từ khơng khí trong nhà đến mặt trong mặt thứ ¡ ( từ

nhiệt độ T: đến nhiệt độ 7,) Biết :

Từ (1-14) và (1-15) nhận được : T-—T i-] 2 (R, + )°R,) (1-16) 0 1 T, =T, - Trong đĩ:

T, - nhiệt mặt trong lớp thir i theo thứ tự truyền

ixt

` R, là nhiệt trở các lớp kết cấu trước lớp thứ ¡

1.6 DAN NHIET ON ĐỊNH CỦA VAT CO NGUON NHIET BEN TRONG

Dẫn nhiệt ơn định thường gap trong các kết cấu cơng trình Bê tơng khi đang

đơng kết thì tỏa nhiệt Mật độ nguồn nhiệt khối được ký hiệu qy —- cịn được gọi là

cơng suất sinh nhiệt khối (Wim)

Vách phẳng đồng nhất đẳng hướng cĩ bẻ dày 2d nhỏ hơn rất nhiều so với chiều

cao và bề rộng Coi nguồn nhiệt trong vách được phân bố đều với mật độ nguồn nhiệt khối qy = const Nhiệt độ tại hai mặt ngồi của vách là Tị, Tạ Xác định trường

nhiệt độ trong vách và mật độ dịng nhiệt độ

Dịng nhiệt chỉ truyền theo hướng bẻ dày và nhiệt độ chỉ thay đổi theo hướng này Phương trình vi phân dẫn nhiệt trong trường hợp này:

a’T „ấu

ax? A

Với điều kiện biên:

x=-đthì T =T¡ x= dthì T=T;

Nghiệm phương trình cĩ dạng đa thức bậc 2 với x:

T=—' x +¢X+C,

2A

Từ điều kiện biên nhận được:

Trang 24

AT Là bạ keg - 4, al

Đây là hàm bậc 2 đơi với x Hàm cĩ cực dai tai xo Tai dd —=0 vatim

xX 1, ~T, được x, =2 LÂ Từ điêu 2đ, kiện T1 -d<k<a a< 2= 4<ä Từ đĩ r + Khi †, -Ti|< 2dq, ut ra: 2d*q,

Bên trong vách cĩ nhiệt độ cực đại và nhiệt độ đĩ là:

qy(d? = x5) T-T, Att _ 4," , =1) 4 7, tT, max + Khi nhiệt truyền tủ Mật độ 2A 2d ° 2 2A 8d*q, 2 2 : 24 4, „., ¬ ak chide aa cơng

1 — 7T; > ————- thi trong vách khơng cĩ nhiệt độ cực đại Dịng (A

r mặt cĩ nhiệt độ cao tới nơi cĩ nhiệt độ thấp dịng nhiệt tại mỗi điểm trong vách:

aT T, —T- x) =-A—=9,x+_

GO) = A= WX TG A

Mật độ địng nhiệt tại mặt trái:

T —T

s1 = Gy d t+ A

Qi x=-d) Vy 2ä

- Va mat độ dịng nhiệt ở mặt phải:

| _, =9,d ++ | T -T

Q | xad) q, Id

Trong tr wong hợp nhiệt độ trên hai mặt bên bằng nhau:

T(x) = qld -x) + Ty

2Ä

Nhiệt độ cực đại sẽ năm trên trục giữa tâm

2

_T7(0)= 42T, 2A

Giữa tắm khơng cĩ dịng nhiệt truyền qua

Mật độ dịng nhiệt tại mặt trải: đ(;-_z; = —q,đ ; tại mặt phải: đ,;-„y = q,đ

Trang 25

Chú ý nếu trong bài tốn dẫn nhiệt trên, điều kiện biên là:

Tại x = 0 thì (đ1/dx)„=o= 0

Tai x=d thi - A(dT/dx),_, = a(T,, -T,)

Nghiệm bài tốn sẽ là

T(x)= qy(d —x), dvd, T,

2È œ

Do nguồn nhiệt phân bố đều trong tường nên dịng nhiệt tại hai mặt

4:a= +qvd =d (TrT:)

Nhiệt độ tại mặt tắm:

I — Iva + T, a

1.7 CAC HIEN TUONG VAN CHUYEN 1.7.1 Khái niệm

Trong một hệ, khi một số thơng số vật lý khơng như nhau, hệ được gọi là khơng cân bằng Khi một hệ khơng cân bằng thì sẽ xảy ra quá trình vận chuyên dé các thơng số vật lý này mọi miễn như nhau Trạng thái của hệ lúc đĩ là cân bằng

Chúng ta lấy một ví dụ nếu mật độ của một chất khơng đồng đều trong mơi trường thì xảy ra hiện tượng dịch chuyển các phân tử từ nơi cĩ mật độ cao đến nơi cĩ mật độ thập Đĩ là quá trình khuếch tán phân tử Quá trình này chỉ kết thúc khi mật độ phân tử trong hệ là đồng đều

Quá trình khuếch tán khơng chỉ xảy ra khi cĩ sự chênh lệch mật độ mà cịn xảy ra khi chênh lệch áp suất và nhiệt độ Tắt cả các hiện tượng trên là các Tường hợp riêng của hiện tượng vận chuyển

Từ nguyên ly 2 của nhiệt động học chung ta thấy rằng nếu hệ khơng cân bằng tức là cĩ đại lượng nào đĩ khơng xác định: nhiệt độ, áp suất, nồng độ thì hệ sẽ phải tiễn tới trạng thái cân bằng theo chiều Entropi của hệ tăng, trong hệ xuất hiện hiện tượng vận chuyên

1.7.2 Mật độ dịng chất J

a/ Định nghĩa: Mật độ dịng chất J là khối lượng chất dịch chuyển qua một đơn vị diện tích bề mặt trong một đơn vị thời gian theo phương pháp tuyên của bề mặt:

“ng (kg! m2s) (1-19)

Mật độ dịng chất là đại lượng véc tơ: hướng theo phương vuơng gĩc với mặt đẳng nơng độ, chiêu hướng từ nơi cĩ nơng độ cao tới nơi cĩ nơng độ thấp

Trang 26

-_ Từ đĩ xác định được khối lượng chất chuyên qua diện tích S trong khoảng thời gian A/

m= [ [ Jdt.dS (kg) (1-20)

| b/ Binh luật Fick

“Trong hỗn hợp cĩ n loại chất cĩ cùng nhiệt độ và áp suất, mật độ của dịng chất yi của loại chất thứ ¡ trong mơi trường tỉ lệ với gradient nồng độ của loại chất đĩ:

J, =-D,2.=-Dvp, on | (1-21)

Trong đĩ D; là hệ số khuếch tán nồng độ của chất thứ i 1.7.3 Cac dịng khuếch tán cơ bản

a⁄/ Dờng khuếch tắn nơng độ:

“ Trong điều kiện áp suất và nhiệt độ của mơi trường đồng nhất, mật độ dịng

chất được xác định bởi biểu thức:

J,= =-D, = =-D,Vp | (1-22)

b/ Dong khuếch tản nhiệt:

* Trong điều kiện nhiệt độ mơi trường khơng đồng đều, trong mơi trường xuất hiện dịng khuếch tán nhiệt độ cĩ mật độ dịng khuếch tán nhiệt:

D, 6T J, =-p—— T Ø Tơn ( 1-23 ) Dr- Hệ số khuếch tán nhiệt độ OT a - gradien nhiệt độ on

c/ Dong khuếch tán áp suất

Khi áp suất trong mỗi trường khơng đồng nhất thì sự dịch chuyên chất xay ra từ nơi cĩ áp suất cao tới nơi cĩ áp suất thấp Mật độ dịng khuếch tán áp suất được xác định bởi :

D

J, = a2 (1-24)

OP nhằn của mất tre

an — gradient ap suat toan phan Của mỖi trương H

D;ẹ- Hệ số khuếch tán áp suất Mơi trường cĩ hai loại chất thì: -

Trang 27

D, =D, a5 “HH — My (1-25)

pl

Hy Hy; #4 -khdi lvong kmol loai chat thứ nhất, thứ hai và hỗn hợp đ/ Dịng khuếch tán đối lưu

Khi mơi trường khuếch tán chuyển động, sự truyền chất được thực hiện bởi quá trình đơi lưu

Xét dịng hỗn hợp gồm các phần tử loại A và D với tốc độ tương ung Va va Vg

Dịng chuyên động của hỗn hợp băng tong hai dong chat thành phan:

| J as = PAV, + P—Vy = PV (1-26) Với øvà V là khối lượng riêng và vận tốc của hỗn hợp Từ đĩ nhận được:

U=#+V,+tV, =m,V„+m„V, | (1-27)

Ø Pp

Cac phan tử loại A cĩ vận tốc Vụ khác với vận tốc hõn hợp V nên chênh lệch

vận tốc phân tử loại loại a và hơn hợp là Vụ — V Sự chênh lệch này làm xuât hiện sự dịch chuyên các phân tủ loại A vào hơn hợp Đĩ chính là khuêch tán phân tử loại A:

J = Pa VV) = PM 4 — PV =I az — PY (1-28) Dịng chuyển động tuyệt đối của cac phần tử loại A:

J„x=Ju+o/V (1-29)

Mà dịng khuếch tán J„ =—=Ð,;Vø„ nên dịng chuyển động tuyệt đối của các phần tử loại A:

J 4, = —DygV 04 + MT pz +I 3) (1-30)

Tương tự dịng chuyển động tuyệt đối của các phan tử loại B:

J 93 =~ DyyV Pg + Mg gz +I pz) (1-31)

Nhu vay dong chat trong mơi trường gồm dịng khuếch tán phân tử và dịng khuếch tán đỗi lưu

Nếu mơi trường khơng chịu nén ø= eozs/ thì do khuếch tán phân tử của hai

loại chất trái chiều nhau:

J, =I, (1-32)

Néu mơi trường khơng chuyên động thì khơng cĩ thành phan đối lưu, nên khuếch tán giống như dẫn nhiệt, chỉ cĩ khuếch tán phân tử:

J 5 =J,=—pD,Vm, (1-33)

VLXD * 27

Trang 28

1.8 MẶT TRỜI

Một quá trình bức xạ nhiệt vĩ đại ảnh hưởng sâu sắc tới sự sống trên trái đất đĩ

là bức xạ của mặt trời Từ rât xa xưa con người đã nghiên cứu về mặt trời và bức xạ của nĩ Trải qua hàng thiên niên kỷ hiểu biết về mặt trời càng đầy đủ hơn Trong phạm vi truyền nhiệt và chiếu sáng chúng tơi cung cấp một số hiểu biết cơ bản về

bức xạmặt trời

1.8.1 Cầu tạo mặt trời

Mặt trời là ngơi sao ở trung tâm Hệ mặt trời, cĩ khối lượng 1,9891 x109 kg

chiếm khoảng 99,86% khối lượng của Hệ mặt trời Khoảng cách trung bình giữa mặt

trời và trái đất xấp xi 149,6 triệu kilơmét Trái đất và các thiên thể khác như

các hành tỉnh, thiên thạch, sao chỗi, và bụi quay quanh mặt trời

Thanh phan của mặt trời gồm chủ yếu là hydro và heli (khoảng 74% và

khoảng 24% khơi lượng) và một lượng nhỏ các nguyên tơ khác, như

sắt, nickel, oxy, silic, lưu huỳnh, magiê, carbon, neon, canxi, và crom

Mặt trời cĩ dạng hình cầu, bán kính trung bình là 6,96 x10” km ( gấp 109 lần

bán kính trái đất) Các nhà khoa học phân chia mặt trời thành 9 phần như sau: lõi vùng bức xạ, vùng đối lưu, quang quyên, sắc quyên, vành nhật hoa, vết đen mặt trời,

hạt quang quyền, vịng plasma

a/ Lõi của mặt — trời cĩ bán

kính khoảng 0,2 tới 0,25 Rmi bán

kính mặt trời và cĩ khối lượng riêng lớn khoảng 150g/cm' Lõi của mặt trời là nơi tập trung lớn khối lượng Hydro và là nơi tổng hợp các phản ứng hạt nhân nên nhiệt độ ở tâm lõi

rất cao (gần 13.600.0000K) Các

phản ứng hạt nhân bức xạ ra sĩng

điện từ và các hạt nơtrino được bức xạ từ đây

b⁄/ Vùng búc xạ: Trong vùng

ttr 0,25 Ray toi khoang 0,7 Rm ban

kính mặt trời, vật liệu Mặt trời đủ nĩng và đặc đủ đểbức xạ

nhiệt truyền được nhiệt lượng từ

trong lõi ra ngồi Trong vùng này

khơng cĩ đối lưu nhiệt Hình 1-6 Cấu tạo mặẶi trởi

c/ Vàng đối lưu: Trong lớp ngồi của mặt _ trời, từ bề mặt nĩ xuống xấp xỉ

200.000 km (hay 0,7 Rim ban kinh mat trời), plasma mặt trời khơng đủ đặc hay đủ

nĩng để chuyền năng lượng nhiệt từ bên trong ra ngồi băng bức xạ

Trang 29

đ Quang quyển: là lớp mà ở bên dưới nĩ, mặt _ trời trở nên mờ đục với ảnh sáng nhìn thấy được Trên quang quyên ánh sáng khả kiến của mặt trời tự do đi vào khơng gian, và năng lượng của nĩ thốt hồn tồn khỏi mặt trời

e/ Sắc quyển: lớp khí tỉ trọng nhỏ dày khoảng 2.000 km, gây nên quang phổ hấp thụ và phát xạ

g/ Vết đen Mặt trời là các khu vực tơi trên bề mặt mặt trời Độ sáng bể mặt của vết đen vào khoảng 1/4 độ sáng của những vùng xung quanh (độ sáng này là rất nguy hiểm đối với mắt người) Nguyên nhân xuất hiện vêt đen là do nhiệt độ của chúng thấp hơn các vùng xung quanh (nhiệt độ vết đen vào khoảng 4000 đến 5000 K, theo định luật Stefan-Boltzmann, trong khi vùng xung quanh vào khoảng 6000 K), một hiện tượng gây ra bởi các biến đơi từ trường rất mạnh trên mặt trời Trong quá trình phát triển, từ trường của vết đen cũng tăng dân

h/ Vanh nhat hoa

Vành nhật hoa kéo dài ra lớp khí quyền bên ngồi của mặt trời, nĩ cĩ thể tích lớn hơn cả mặt trời Vành nhật hoa liên tục mở rộng vào vũ trụ hình thành nên giĩ mặt trời, lấp đây tồn bộ hệ mặt trời Vành nhật hoa hạ, rất gần bề mặt mặt trời, cĩ

mật độ phân tử khoảng 1017-1016 ( ftửừ/m”) Nhiệt độ trung bình của vành nhật hoa và

giĩ mặt trời „` (1-2 ).10° (°K), tuy nhién, trong những vùng nĩng nhất nĩ khoảng (8-20) 10 (K) Hiện nay chưa cĩ một lý thuyết đầy đủ đề tính nhiệt độ vành

nhật hoa

i/ Plasma trong giĩ mặt trời bị từ hĩa mang từ trường của mặt trời vào khơng gian tạo ra từ trường giữa các hành tinh Vì plasma chỉ cĩ thé chuyên động trên các đường sức từ, từ trường giữa các hành tinh được mở rộng xuyên tâm từ Mặt trời ra ngồi khơng gian

1.8.2 Bức xạ của mặt trịi

Tâm mặt trời nhiệt độ rất cao Các phản ung tổng hợp các hat nhan Hydro thành hạt nhân Heli tạo ra năng lượng lớn truyền ra ngồi Nhiệt độ ở trong mặt trời giảm dân khi qua các lớp, đến lớp quang quyền nhiệt độ mặt trời cịn là 5775 °K Mặt trời bức xạ sĩng điện từ ra vũ trụ, tới trái đất và các hành tỉnh Đức xạ mặt trời khơng đơn sắc, nĩ bao gồm các tia hồng ngoại , tử ngoại và ánh sáng trăng

Bức xạ nhiệt từ mặt trời mang lại một nhiệt lượng lớn ảnh hưởng đến cuộc sống trên

trái đất Sử dụng đúng bức xạ nhiệt này là nhiệm vụ quan trọng của các kỹ sư xây dựng cơng trình

Hằng số năng lượng mặt trời được tính bằng cơng suất của lượng bức xạ trực tiếp chiếu trên một đơn vị diện tích bề mặt trái đất; nĩ bằng khoảng 1370(W /m? ) Ánh sáng mặt trời bị hap thu một phần trên bầu khí quyên trái đất, nên một phân nhỏ hơn tới được bề mặt trái đất, gần 1.000 W/m? năng lượng mặt trời tới trái đất trong điều kiện trời quang đãng khi mặt trời ở gân thiên đỉnh Năng lượng mặt trời ở dạng ánh sáng hỗ trợ cho hầu hết sự sống trên trái đất thơng qua quá trình quang hợp và điều khiển khí hậu cũng như thời tiết trên trái đất Anh sáng nĩi riêng, hay bức xạ điện từ nĩi chung, từ bề mặt của mặt trời được xem là nguồn năng lượng chính cho trái đất Năng lượng này cĩ thê dùng vào các quá trình tự nhiên hay nhân tạo

Trang 30

Bức xạ mặt trời là yếu tố hành đầu duy trì khí hậu trên trải đất, nĩ quyết định sự sống của mọi sinh vật trên trái đất, là nguyên nhân chủ yếu tạo thành các mùa khác nhau trong một năm Bức xạ mặt trời thay đổi cả về trị số và bước song theo thời gian và khơng gian trên trái đất Cường độ và phổ của bức xạ mặt trời chúng ta sẽ xét trong chương 2 Chiếu sáng Trong chương này chúng ta đã khảo sát bức xạ điện từ mà mặt trời phát ra Mặt trời cũng là nguyên nhân dẫn đến cơng tác chống nĩng ở các mùa Để chơng nĩng cũng cĩ một biện pháp dùng cây xanh Đây là giải pháp hữu hiệu đưa con người gân thiên nhiên, tạo vị khí hậu thích hợp với cuộc sơng Con người

Quá trình quang hợp trong cây sử dụng ánh sáng mặt trời và chuyển đổi CO; thành ơxy và hợp chất hữu cơ, trong khi nguơn nhiệt trực tiếp là làm nĩng các bình đun nước dùng năng lượng mặt trời, hay chuyên thành điện năng bằng các pin năng lượng mặt trời Năng lượng dự trữ trong dầu mỏ và các nguồn nhiên liệu hĩa thạch khác được giả định rằng là nguồn năng lượng của mặt trời được chuyển đổi từ xa xưa trong quá trình quang hợp và phản ứng hĩa sinh của sinh vật cổ

1.8.3 Tác hại của mặt trời tới mắt

Anh sang mặt trời cĩ cường độ lớn, và nhìn trực tiếp vào mặt trời rất cĩ hại cho mắt, nhưng khơng nghiêm trọng khi mắt mở bình thường hoặc khơng mở rộng Nhìn trực tiếp vào mặt trời vào lúc trưa năng sẽ làm cho các sắc tố quang hình trong con ngươi mất màu tạm thời, cĩ thé tạo ra hiện tượng đom đĩm mắt và mù tạm thời Nhìn thắng vào mặt trời bằng mắt trần sẽ nhận khoảng 4 mw ánh sáng vào con ngươi và làm nĩng lên đủ để cĩ thể gây tác hại, do mắt khơng phản ứng kịp trước độ sáng Nhìn thống qua mặt trời cĩ thể gây cảm giác khĩ chịu nhưng khơng gây hại nhiều

Nhìn mặt trời thơng qua các thấu kính như kính đeo rất cĩ hại nếu khơng cĩ mản hấp thu lam mo tia sang, Cac mang làm Tnờ cĩ bán tại các cửa hàng cung cấp sản phẩm hàn và máy chụp ảnh Sử dụng đồ lọc thích hợp rất quan trọng như làm giảm độ sáng và cản các tia hồng ngoại và cực tím cĩ thể làm hại cho mắt ở các cấp độ sáng cao Nhìn thắng vào thấu kính để nhìn mặt trời cĩ thể nhận khoảng 2 w năng lượng trực tiếp vào mắt, gấp 500 lần hơn so với nhìn bằng mắt thường Chỉ thống nhìn qua thấu kính mà khơng cĩ đầu lọc cĩ thể gây ra mù vĩnh viễn

Trong hiện tượng nhật thực, điều kiện nguy hiểm cĩ thể Xây ra đối với mắt bởi ‘phan ung cua mắt với ánh sáng Đồng tử được điều khiển bằng tổng ánh sáng của mơi trường, khơng bằng ánh sáng của vật sáng nhất trong mơi trường Trong hiện tượng nhật thực, phan lớn ánh sáng bị cản lại băng mặt trăng, nhưng phần ánh sáng khơng bị che khuất cĩ lượng ánh sáng bằng một ngày bình thường Trong ánh sáng mờ, đồng tử cĩ hiện tượng giản nở từ 2 mm đến 6 mm, tăng điện tích tiếp nhận ánh sang gap 10 lan Cac phan tử trên con ngươi nhận trực tiếp từ ánh sáng Mặt _ trời vì

thế gấp 10 lần bình thường, hay lúc khơng nhật thực Nhìn trực tiếp nhật thực bang mat thuong co thé gay ra su huy hoai tung phân trên võng mạc, gây ra hiện tượng mù từng đồm trên mắt Điêu này đặc biệt ánh hưởng với trẻ em và những người khơng

cĩ kinh nghiệm 30 * VLXD

Trang 31

Trong lúc mặt trời mọc hay lặn, ánh sáng bị hấp thụ một phần do khoảng đường xa tới tầng khí quyền trái đất, ngồi ra ánh sáng cịn bị làm mờ do bụi trong khơng khí, sương mù và độ â âm trong khơng khí gĩp một phan trong su hap thu nay nên khơng làm cho mắt khĩ chịu

1.9 CÁCH NHIỆT

Nước ta năm ở khu vực nhiệt đới giĩ mùa Mùa hè nhiệt độ ngồi trời lên tới hon 40°C Mia đơng ở miễn Bắc nhiệt giảm xuống dưới 10C Chính vì thế van dé cách nhiệt trong các khu nhà ở và làm việc là nhiệm vụ rất quan trọng

Nhiệt độ thích hợp để mọi người sống là khoảng 18” C đến 25°C Nếu nhiệt độ

ngồi khoảng này thì cần phải diéu chỉnh Hiện tại người ta cĩ thé str dung may điều hịa để điều hịa nhiệt độ phịng Cách làm nay tốn kém điện năng, nhất là trong những tháng hè nĩng bức, điện lại luơn thiếu Một cách chủ động chúng ta cĩ thể su dụng các vật liệu cách nhiệt, cách tạo bĩng mát, thiết kế hợp lý để ngơi nhà mát về mùa hè và âm về mùa đơng

1.9.1 Sử dụng vật liệu cách nhiệt

khi chống nĩng, chống lạnh trong các khu nhà ở, hoặc khu làm việc người ta thường sử dụng các vật liệu cách nhiệt ở các phân mái, tường, cửa của ngơi nhà

Khi làm mái nhà nên sử dụng các loại tơn chống nĩng Hiện nay cĩ loại tơn chống nĩng phủ một lớp PU cách nhiệt dày 16mm bên dưới tơn 5 sĩng, cao 30mm giúp cách nhiệt, cách âm hiệu quả.Từ khâu thiết kế xây dựng, người chủ ngơi nhà cần quyết định sử dụng các vật liệu cách nhiệt để làm cho nhà trở nên mát mẻ hơn

Ngồi ra cũng cĩ thể dùng tắm polycarbonate Tắm này được sử dụng nhiễu do chịu

được nhiệt độ cao của thời tiết, cách âm cách nhiệt lại làm cho ngơi nhà sáng nên tiết kiệm được điện năng Loại tam lợp này được sử dụng nhiều ở sân thượng, cầu thang hay sân vườn

Cách nhiệt trân nhà là quan trọng nhật Ngồi các vật liệu giúp ngăn bức xạ

nhiệt xâm nhập vào nhà trong mùa hè và hạn chê sự thốt nhiệt trong mùa đơng, các

gia chủ cịn cĩ thể yêu cầu thiết kế các tâm ốp trần, làm trân thạch cao cách nhiệt Ngồi việc chống nĩng từ trên mái xuống cị phải chơng nĩng tù vách Từ xưa nhân dân ta thường chống nĩng xuyên qua tường phổ biến nhất là xây tường dày

lên.Theo kinh ngiệm tường gạch ống dày 20 cm vẫn chưa đủ để cản sức nĩng của

năng hướng tây vào nhà

Các cửa chính, của số thiết kế hợp lý lấy ánh sáng, giĩ thích hợp Các cửa kính

cĩ thể dùng kính bán mạ dé chong bức xạ nhiệt nhưng vẫn lấy ánh sang thích hợp Nếu khơng dùng kính bán mạ để chống bức xạ nhiệt qua cửa kính cĩ thể màng phim cách nhiệt dán vào của kính Dùng mảng phim cách nhiệt để giảm được tới 99% tia tử ngoại và 79% lượng nhiệt năng, hấp thu qua cửa số Ngồi ra, chúng cũng nên lựa chọn các màu sơn sáng cho tường nhà để tránh hắp thụ nhiệt từ ánh năng mặt trời

VLXD * 31

Trang 32

1.9.2 Che nắng, tạo bĩng mát

Để hấp thụ nhiệt quanh khu nhà ở cĩ thể trồng cây quanh nhà Cây cối sẽ hấp

thụ nhiệt điều hịa độ âm gây cảm giác dễ chịu Nếu cĩ diện tích thì làm vườn cây

cảnh trên mái nhà cũng là những giải pháp hay Việc trồng cây trên mái nhà bằng hộp xốp đang được ứng dụng ngày càng nhiều mà khơng gây ảnh hưởng gì đến kết cấu của mái nhà Mái nhà thậm chí cịn tốt khi được che nắng gắt giúp căn phịng phía dưới giảm được nhiệt độ đáng kể Hơn nữa, hộp xốp ngăn mưa đột ngột sẽ giúp trần nhà khơng bị nút"

Hình 1-7 Trồng cây tạo bĩng mít cho nhà là cách thức đơn giản

nhưng liệu quả

Các cửa số kính cần màn che, rèm cửa hai lớp gồm màn sáo, màn vải được gan sát vào tường hay cửa sẽ giúp ngăn ánh sáng soi vào làm căn nhà nĩng bức Nên sử dụng rèm, và mành chăn cửa số màu trắng hay sáng màu để che nắng và giúp

phản xạ lại ánh nắng mặt trời chiếu vào cửa số Khi tia năng đã đi qua cửa kính vào

nhà, nĩ làm nĩng vật trong nhà lên Vật nĩng lên sẽ phát ra tia hồng ngoại cĩ bước

sĩng dài, tia này bị phản xạ ở bé mặt kính nên khơng thốt ra ngồi nhà được làm

cho nhà mau nĩng hơn Cách đơn giản và ít tốn kém nhất để chống nĩng đi qua cửa kính là che nắng: trồng trồng cây hoặc làm mái che hướng nắng

Trồng cây tạo bĩng râm mát cho ngơi nhà là cách thức đơn giản nhưng rất hiệu quả Các cây bụi trồng cạnh tường hoặc các loại cây leo tường sẽ ngăn tường hấp thụ nhiệt Chú ý tránh làm tường băng đá ở phía nam và phía tây vì chúng làm tăng sự

bức xạ nhiệt cho ngơi nhà

32 * VLXD

Trang 33

1.9.3 Hạn chế nguồn phát nhiệt

Hiện nay các gia định các cơng sở, sử dụng rất nhiều các thiết bị điện tử Đồ điện tử khi sử dụng sẽ thải ra một lượng nhiệt nhất định từ đĩ làm tăng nhiệt độ phịng Tuy việc sinh nhiệt sẽ gây khơng khí nĩng bức vào mùa hè nhưng lại ấm lên - vào mùa đơng, nhưng để an tồn cho sức khoẻ, tốt nhất nên hạn chế sử dụng quá

nhiều đồ điện tử trong một phịng, nhất là ở phịng ngủ nên hạn chế tối đa Đĩ là chưa kể các thiết bị điện tử phát ra các sĩng điện từ cĩ hại cho sức khỏe con người

Khi chọn đồ điện tử nên chọn vừa cơng suất so với căn phịng cũng như số lượng người sử dụng nhằm tiết kim điện cũng như hạn chế các tác hại ngồi ý

muốn Khi khơng cần dùng các thiết bị điện sinh nhiệt, ta cần chú ý tắt chúng đi

Chú ý khơng đặt đèn hay ti vi gần thiết bị điều nhiệt của máy điều hịa, khơng _

dùng bàn là trong phịng điều hịa vì chúng sẽ khiến cho máy điều hịa làm mát lâu hơn Khi nâu nướng bạn cũng nên dùng lị vi sĩng và nồi áp suất vì các thiết bị này ít

sinh nhiệt và tiết kiệm năng lượng hơn lị nướng, sấy, hấp

VLXD * 33

Trang 34

HƯỚNG DAN ON TAP

1 Thé|nao 1a chuyển động nhiệt, nhiệt độ, các thang nhiệt độ và quan hệ giữa chúng, nhiệt lượng, cơng cơ học

Các nguyên lý cơ bản của nhiệt động học, nêu các hệ quả ứng dụng

Truyền dẫn nhiệt: hiện tượng, định luật

Truyền nhiệt bằng đối lưu: hiện tượng, định luật, hệ số truyền nhiệt bằng đối lưu Truyền nhiệt bằng bức xạ: hiện tượng định nghĩa, các định luật,

Dân nhiệt ơn định của vật cĩ ngơn nhiệt bên trong

Các hiện tượng vận chuyên

2 3 4 5

6 Truyền nhiệt qua kết cầu ngăn che

7 §

9 Mặt trời và các ảnh hưởng tới trái đất

1 0 Các phương pháp cách nhiệt thường sử dụng

BÀI TẬP TỰ GIẢI

Bài 1.1 Vách phẳng gồm hai lớp với bề dày và hệ số dẫn Tm

nhiệt tương ứng: đi =10em; 4, = 2,5W !m°C và Tm2 d, = 0,3m; A, =1, SW /m°C Nhiệt độ mặt phải Tm =25 °C khi cĩ

dong nhiệt q= 500W/nÏŸ truyền qua vách Hãy xác định:

a/ Nhiệ độ mặt trái và nhiệt độ lớp tiếp xúc

b/Gradien nhiệt độ ở mỗi lớp Hình bài 1.1

c/ Giữ nguyên lớp cĩ gradient nhỏ và duy trì gradien như cũ thì lớp cịn lại phải cĩ đ 3 Ä đẻ gradient nhiệt độ như nhau trên cả 2 lớp Giữ nguyên nhiệt độ ở các mặt và dịng nhiệt khơng đối

Trang 35

Bài 1.2 Tấm bê tơng dày 80 cm, rộng 3m dai 6m, hé số dẫn nhiệt 4 =2W/m °C Nhiét san ra trong quá trình đơng kết xi măng, cứ mỗi mỶ bê tơng sinh ra lượng

nhiệt Qy =1800kJ/m”.h Nhiệt độ tại hai mặt ngồi của tắm bằng nhau 1a T= 30°C Xác định:

a/ Nhiệt lượng sinh ra trong mỗi giờ?

b/Mật độ dịng nhiệt tại bề mặt ngồi?

c/Nhiệt độ tại giữa tắm, nhiệt độ tại lớp cách bề mặt 15cm, 20cm?

Trả lịi :

a/Q=Qy.V =25.920(1)

b/ Mật độ dịng nhiệt tại bề mat: ga= gvd=500.0,4= 200W/m?

c/ Nhiệt độ trong tắm: Tọ,¡s=42,18°C; To.20=45,0°C

Bài 1.3 Tấm bê tơng dày 40 cm, hệ số dẫn nhiệt 4 = lW/m °C, khối lượng

riêng Ø= ,2000&g /m` Nhiệt độ khơng khí hai bên phía ngồi của tắm bằng nhau và la T= 30°C Do quá trinh đơng kết bê lơng tỏa nhiệt nên nhiệt độ tại hai mặt ngồi bằng nhau và hơn nhiệt độ khơng khí 7°C, hệ số tỏa nhiệt trên bề mặt ngồi a=10W/m? °C Xác định:

a/ Mật độ dịng nhiệt tại mặt ngồi?

b/Năng suất sinh nhiệt khối qv?

c/ Nang suất sinh nhiệt khối lượng qu?

Tra loi:

a/ Mật độ dịng nhiệt mặt ngồi:

| qu=0(T„rT)-

b/ Năng suât sinh nhiệt thê tích:

qv=qa/d =70/0.2=350W/m”

c/ Năng suất sinh nhiệt khơi lượng:

qw=qv/ø = 350/2000 =0.175W/kg đ/ Nhiệt độ tại các lớp:

Ton) = 4⁄06 ~X), Để 1, 2À œ

Bài 1- 4 Một vách trụ đồng nhất đăng hướng, đừng kính trong dị, đường kính ngồi dạ, nhỏ hơn nhiều so với chiều cao, hệ số dẫn nhiệt 4 khơng đổi Cho biết

nhiệt độ tại hai vách tương ứng Tmị Tm¿ Quá trình dẫn nhiệt là dừng Hãy xác định:

a/Sự phân bồ nhiệt trong vách b/Mật độ dịng nhiệt q

c/ Mật độ dài dịng nhiệt

VLXD * 35

Trang 36

` ằ

Ar ở rin rin

1ˆ d, ‘Mat độ dài dịng nhiệt qu:

_T,-T,

——— Ỉf\ —*

2mÀ d, Bài 1:5

Vách trụ hai lớp đường kính trong cùng d¡=20em, bể dày và hệ số dẫn nhiệt

tương ứng của hai lớp dˆ¡=2em, 4¡=1,2W/m.°C; d'z=3em, 4;=0,8W/m.°C Nhiệt độ

các mặt trong cùng và ngồi cùng tương ứng là: T„¡=80°C,T„¿=20°C Xác định: a/ Dịng nhiệt dài qL qua vách, nhiệt độ nơi tiếp xúc

bự Mật độ dịng nhiệt q (W/m”) tại chỗ tiếp xúc,

¢/Gradien T tai mat trong cung

“Trả lời : |

a/ Dong nhiét dai qL qua vách, nhiệt độ nơi tiếp xúc q, = AT _ 80-60 "Ry 0/0685 = 875,91(W / m) Nhiệt độ tiếp xúc: =T„T—đ¿,—— _L mỸ~ 58,97°C : 27A, d T, I

b/ Mật độ dịng nhiệt tại nơi tiếp xúc:

ạ=-? =1161(W !m°)

Tả,

¢/ Gtadien nhiét độ ở mặt trong cùng (cĩ đường kính dị):

| grad T = = 4 = ——* =116K°C/m) gq 4 875,91

A, md,A, 3,140,212

1.6 Một lị nung cĩ nhiệt độ nung 2000K Cửa số quan sát cĩ diện tích 50cm”

Xác định cơng suật bức xạ của cửa số đĩ nêu coi lị là vật đen tuyệt đơi

1.7.ITìm nhiệt độ của một lị, nếu một lỗ nhỏ của nĩ kích thước (0, 5x2)cmˆ, cứ mỗi giây lị phát ra 6,28calo Coi lị như một vật đen tuyệt đối

Trang 37

1.8 Dây tĩc vonfram trong bĩng đèn cĩ đường kính 0,3cm và dài 8cm Khi mắc vào mạch điện 125V, dịng điện chạy qua đèn cĩ cường độ 0,50A Hãy tìm nhiệt ' độ của đèn, giả sử rằng ở trạng thái cân bằng nhiệt, tồn bộ nhiệt lượng do đèn phát ra đều ở dạng bức xạ Cho biết tỷ số giữa năng suất phát xạ tồn phan cua vonfram với năng suất phát xạ tồn phần của vật đen tuyệt đối ở nhiệt độ cân bằng của dây tĩc đèn bằng 0,45

1.9 Một vật đen tuyết đối cĩ dạng một quả cầu đường kính 15cm ở nhiệt độ T

khơng đổi Tìm nhiệt độ đĩ, cho biết cơng suất bức xạ ở nhiệt độ đã cho bằng

25calo/phút

1.10 Nhiệt độ của sợi dây vonfram trong bĩng đèn luơn luơn biến đổi vì được

đốt nĩng bằng dịng điện xoay chiều Hiệu số giữa nhiệt độ cao nhất và thấp nhất

bằng 100K, nhiệt độ trung bình bằng 2500K Hỏi cơng suất bức xạ của sợi dây tĩc biến đối bao nhiêu lần, néu coi dây tĩc là vật đen lý tưởng

1.11 Bề mặt kim loại nĩng chảy cĩ diện tích 10cm mỗi phút bức xạ một năng lượng ] 101, nhiệt độ bề mặt là 2500° K Hãy tìm:

a Năng lượng bức xạ của mặt đĩ, nếu coi nĩ là vật đen tuyệt đơi

b Tỷ số giữa các năng suất phát xạ tồn phần của mặt đĩ và của vật đen tuyệt

đối ở cùng một nhiệt độ

1.12 Dây tĩc vonfram của bĩng đèn điện cĩ đường kính 0,3mm và cĩ độ dài 5cm Khi mắc đèn vào mạch điện 127V thì dịng điện chạy qua đèn là 0,31A Hãy tìm nhiệt độ của đèn, giả sử răng ở trạng thái cân băng tât cả nhiệt độ do đèn phát ra đều ở dạng bức xạ Tý sơ giữa các năng suât phát xạ tồn phân của dây tĩc vonfram và của vật đen tuyệt đơi băng 0,8

1.13 Trong quang phố, phát xạ của mặt trời bức xạ mang năng lượng cực đại

cĩ bước sĩng 0,48um Coi mặt trời là vật đen tuyệt đối Biết rằng bầu khí quyển hấp

thụ 10% năng lượng bức xạ của mặt trời, bán kính của mặt trời 6,95.10° m, khoang

cách từ mặt trời toi trai dat 15.1 0'°m, Hãy xác định: a Cơng suất phát xạ tồn phần của mặt trời

b Mật độ năng lượng do mặt đất nhận được của mặt trời

1.14 Một vật đen tuyệt đối ở nhiệt độ 2900K Do vật bị nguội đi, bước sĩng ứng VỚI năng.suất phát xạ cực đại thay đơi 9Lum Hỏi vật lạnh đến nhiệt độ bằng bao nhiêu?

1.15 Một sợi dây vonffam cĩ đường kính 0,Im được nối tiếp với sợi dây von- fram khác cĩ cùng độ dài Chúng được đốt nĩng trong chân khơng bằng một dịng

điện, sợi thứ nhất cĩ nhiệt độ 2000K và sợi thứ hai cĩ nhiệt độ 3000K Hãy tìm đường kính của sợi thứ hai

Trang 38

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[I1] Trịnh yăn Quang, Kỹ thuật nhiệt, Nhà xuất bản Khoa học kỹ thuật 2007

[2] Phạm Ngọc Đăng , Phạm đức Nguyên, Lương Minh, MẬT LÝ XÂY DỰNG, Nhà xuất bản Xây dựng, 1981

[3] Phạm Đức Nguyên, MƠI TRƯỜNG VI KHÍ HẬU TRONG CƠNG TRÌNH

KIÉN TRÚC, Nhà xuất bản xây dựng, 2004

[4] Nguyễn văn Chí , Vật lý xây dựng, Trường đại học Kiến trúc 1996

[5] Physles for Scientists and Engineers 6E by Serway and Jewett (Include full solutions

Trang 39

Chương 2

CO’ SO’ CUA SU CHIEU SANG

2.1 LY THUYET CHUNG VE ANH SANG

Thị giác giúp cho con người nhận biết thế giới xung quanh bằng hình ảnh

Cùng với thính giác, thị giác giúp nhận biết của lồi người về thế giới khơng ngừng

tăng thêm Nhưng chỉ riêng cơ quan thị giác chúng ta cũng khĩ cĩ thể biết được những gì xảy ra quanh ta nếu nơi đây chỉ là màn đêm bao phủ Chúng ta chỉ nhìn thấy hình ảnh thế giới khi chúng ta cĩ cơ quan thị giác phát triển và các vật xung quanh được ánh sáng chiếu vào Nĩi như vậy chúng ta thấy vai trị ánh sáng lớn biết nhường nào Trong phản này chúng ta tìm hiểu vai trị ánh sáng và sự cảm nhận ánh

sáng qua con mắt chúng ta, các nguồn sáng nhân tạo cũng như tiện nghi chiếu sáng

Chiếu sáng hợp lý phải đảm bảo tiện nghi nhìn của con người, tiết kiệm năng lượng tạo nên sự hưng phân trong lao động, sự thư giãn khi nghỉ ngơi, gĩp phần nâng cao chat lượng cuộc sơng

2.1.1 Lý thuyết cơ bản về ánh sáng

Từ xa xưa con người đã tìm hiểu bản chất của -ánh sáng Các nhà khoa học cỗ đại cho rằng ánh sáng do mắt người phát ra dưới dạng các “tia nhìn” và giả thiết này

cịn tổn tại đến thế kỷ thứ 17

Đến giữa thế kỷ 17 sau khi phát hiện ra hiện tượng tán sắc ánh sáng,Newton cho rằng: ánh sáng bao gồm các hạt vơ cùng nhỏ, do các vật nĩng sáng phát ra Các hạt ánh sáng tuân theo các quy luật va chạm đàn hồi cĩ cùng vận tốc và cĩ kích thước

phụ thuộc vào màu của chúng Sự khúc xạ ảnh sáng là sự đỗi phương đột ngột của các

tia sang ở mặt phân cách giữa hai mỗi trường khi truyền từ mơi trường trong suốt đến mơi trường trong suốt khác do các mơi trường cĩ độ đậm đặc khác nhau nên lực hấp dẫn của mơi trường với các hạt sánh sáng là khác nhau Newton cũng giải thích sự nhiễu xạ ánh sáng là sự đổi phương của tỉa sáng khi đi gần các vật cản hoặc các khe hẹp Lý thuyết của Newton được các nhà khoa học lúc đĩ nhiệt liệt tán thành tuy nhiên thuyết này khơng giải thích được các hiện tượng phân cực và giao thoa ánh sáng

VLXD * 39

Trang 40

Cuối thế kỷ 17 và đầu thế kỷ 18 nhà khoa học Hà lan Chistian Huyghens

(1629-1695), nhà vật lý người Anh Thomas Young (1773-1829), nhà Vật lý người Pháp Leon |Foucault (1819-1868) đã coi ánh sáng là qúa trình lan truyền sĩng Lý thuyết sĩng này đã giải thích thành cơng hàng loạt hiện tượng: phản xạ, khúc xạ, nhiễu xạ, giao thoa, phân cực ánh sáng Thuyết sĩng ánh sáng được các nhà khoa học ủng hộ đặc biệt từ khi Jame Clack Maxwell( 1831 -l 882) đưa ra thuyết điện từ trường thơng nhât.| Lúc này ánh sáng được coi là sĩng điện từ lan truyền trong khơng gian Những sĩng điện từ này được phát ra khi cĩ sự chuyên mức năng lượng của các điện tử trong các nguyên tử của nguồn sáng

— Cuối thể kỷ 19 và đầu thế kỷ 20 các hiệu ứng quang điện và Compton lại đặt

thuyết sĩng ánh sáng vào thế bí Các nhà khoa học Mack Plank và Anbert Einshstein

đã đề xuất thuyết lượng tử ánh sáng Nội dung của thuyết này:

- Các| nguyên tử phân tử vật chất bức xạ hoặc hấp thụ ánh sáng khơng liên tục mà thành những phần riêng biệt ngắt quãng gọi là các lượng tử ánh sáng hay các photon Mỗi photon mang một năng lượng xác định tỉ lệ với tần số ánh sáng:

W= he = hf l (2-1)

À,

Hằng số Plank h = 6,6256 10° Js

_ - Cường độ chùm sáng tỉ lệ với số photon phat ra trong một đơn vị thời gian - Vận tốc photon vơ cùng lớn trong chân khơng c = 3.108 m/s

Thuyết lượng tử ánh sáng đã giải quyết thành cơng khĩ khăn của vật lý

Hiện tại các nhà khoa học khăng định ánh sáng vừa mang tính chất sĩng vừa mang tính chất hat Theo Louis de Broglie (1892-1987) các hạt ánh sáng cĩ năng lượng , đ ơng lượng p liên hệ với tần số f và bước sĩng x theo hệ thức:

_€ _

A

W hf

p 1 (2-2)