Wykład 13 Promieniowanie

Prezentacja na temat: "Wykład 13 Promieniowanie"— Zapis prezentacji:

1 Wykład 13 Promieniowanie
Promieniowanie jest to rodzaj ruchu ciepła polegający na emisji i absorpcji energii promienistej, którą jedno ciało oddaje drugiemu przez warstwę przeźroczystego środowiska lub przez próżnię. E E – cały strumień padający E.r – strumień odbity E.a – strumień zaabsorbowany E.t – strumień przepuszczony E.r E.a E.t

2 Proces ruchu ciepła przez promieniowanie ujmują prawa Plancka, Stefana – Boltzmanna, Kirchhoffa i Lamberta. Ilość ciepła wymieniana na drodze promieniowania zależy nie wprost od różnicy temperatur obu ciał tak jak w przypadku konwekcji, przewodzenia, ale od różnicy czwartych potęg temperatur bezwzględnych.

3 Schemat pomocniczy do rozważań prawa Lamberta
Prawo Lamberta Lambert zajmował się promieniowaniem powierzchni płaskiej i stwierdził, że energia wypromieniowana przez płaszczyznę w kierunku odchylonym od normalnej maleje z cosinusem kąta odchylenia. Schemat pomocniczy do rozważań prawa Lamberta

4 Promieniowanie elementu dF1 na element dF2
Prawo Lamberta nie jest zupełnie ścisłe. Jest ono prawdziwe tylko dla ciał doskonale czarnych, dla innych zaś w obszarze β1 wynoszącym 0 -60°. Największe odchylenie od tej reguły dają powierzchnie polerowane. Promieniowanie elementu dF1 na element dF2 E – energia wypromieniowania (współ. proporcjonalności) 0 – odnosi się do ciała doskonale czarnego

5 Prawo Plancka Planck podaje zależność między energią wysyłaną przez ciało promieniujące, jego temperaturą i długością fali emitowanego promieniowania. Zależność tę ujął wzorem słusznym tylko dla ciała doskonale czarnego. [W/m3] Intensywność promieniowania dla danej długości fali lub intensywność względna h – stała Plancka c – prędkość światła – długość fali k – stała Boltzmanna T – temperatura bezwzględna

6 h = J s k = J K-1 c = m s-1 Promieniowanie pełne objęte półkulą zakreśloną nad powierzchnią, tj. skierowane nie tylko prostopadle, ale pod wszystkimi możliwymi kątami, wyraża się intensywnością p razy większą według Lamberta

7 Intensywność promieniowania I0l=f(l,T)
Im wyższa temperatura, tym bardziej maksimum intensywności promieniowania przesuwa się w lewo, tj. ku promieniowaniu świetlnemu.

8 Prawo Stefana - Boltzmanna
Suma energii wypromieniowanej przez jednostkę powierzchni ciała doskonale czarnego na wszystkich długościach fali w pewnej temp. T. gdzie C0= W m-2 K-4 stała Stefana-Boltzmanna (stała promieniowania ciała doskonale czarnego) UWAGA: stała SB bywa podawana jako W m-2 K-4 wtedy temperatury nie są dzielone przez 100 we wzorze SB.

9 Prawo Stefana - Boltzmanna podane dla ciał doskonale czarnych, daje się zastosować do ciał tzw. szarych, ciał które promieniują również na wszystkich długościach fali, ale słabiej. e – zdolność emisji, stopień czarności lub emisyjność

10 Wymiana ciepła przez promieniowanie między ciałami stałymi.
Dwie płyty równoległe Zakładamy, że szare płyty są tak blisko położone i tak duże, że całe ich promieniowanie ulega wymianie. Schemat objaśniający zachowanie się energii promienistej E2 ciała 2 Schemat objaśniający zachowanie się energii promienistej E1 ciała 1

11 Powierzchnia zimniejsza 2 absorbuje a2E1
z koleji powierzchnia 1 absorbuje odbija z ostatniej ilości energii powierzchnia 2 pochłania układając szereg znajdziemy, że w sumie powierzchnia 2 zaabsorbuje

12 suma wyrazów szeregu tego typu daje wyrażenie
ostateczny bilans daje zysk ciepła na rzecz ciała 2

13

14 zastępcza zdolność emisji
[W]

15 Wymiana ciepła przez promieniowanie między ciałami stałymi.
Ciało całkowicie otoczone powierzchnią Jeżeli jedno ciało o powierzchni F1 jest całkowicie otoczone powierzchnią F2 wtedy: [W] zastępcza zdolność emisji

16 Promieniowanie słoneczne i ziemskie
Wyznaczenie ciepła doprowadzonego promieniowaniem słonecznym jest nieraz istotne w technice przemysłowej. Większe zbiorniki ustawione są najczęściej na dworze i podlegają promieniowaniu słonecznemu. Jeżeli zawierają płyny o niskiej temperaturze wrzenia, fakt ten musi być wzięty w rachubę. Nie jest obojętne, czy ustawiamy np. zbiorniki ciekłego NH3 w cieniu pod lekkim dachem, czy też bez niego. W ostatnim przypadku, zwłaszcza w klimacie o dużym nasłonecznieniu, ciśnienie panujące w takich zbiornikach będzie wyższe. Każde ciało wystawione na promieniowanie słoneczne pobiera tą drogą ciepło, a równocześnie pewną jego ilość traci wypromieniowując je w przestrzeń.

17 Ciepło promieniowania słonecznego zaabsorbowane przez ciało opromieniowane wyznacza się równaniem
a1 - jest zdolnością absorpcyjną, jaką ciało wykazuje w odniesieniu do promieni słonecznych, F1 - jest powierzchnią opromieniowaną ciała - współczynnikiem konfiguracji, da - współczynnikiem przezroczystości atmosfery, Ts - temperaturą słońca,

18 Dla praktycznych obliczeń przyjmuje się da = 0,82, Ts = 6000°K
Dla praktycznych obliczeń przyjmuje się da = 0,82, Ts = 6000°K. Jeszcze dalej upraszcza się podane równanie, jeżeli wyrazy c0,j, da oraz Ts4 przedstawić jako jedną wielkość zastępczą Es, która reprezentuje efektywną energię, jaką zaabsorbowałoby ciało doskonale czarne z promieniowania słonecznego na jednostkę powierzchni.

19 Z drugiej strony ciało wypromieniowuje pewną ilość ciepła Qz w przestrzeń.
Znajdzie tu zatem zastosowanie równanie dla przypadku promieniowania ciała w przestrzeni zamkniętej o bardzo dużej powierzchni w porównaniu z powierzchnią ciała. T0 w dzień przyjmuje się równe –43°C a w nocy – 273°C.

20 Ostatecznie

21 Zdolność absorpcyjna promieni słonecznych dla różnych ciał
Materiał a Asfalt 0,89 Papa 0,88 Cegła czerwona 0,70-0,77 Ocynkowane żelazo nowe 0,66 Dachówka czerwona 0,65-0,74 Ocynkowane żelazo stare Farba biała 0,12-0,26 Papier biały 0,27 Farba czarna 0,97-0,99 Stal polerowana 0,45 Glin polerowany 0,26 Stal utleniona, zardzewiała 0,74 Miedź polerowana

22 dla powierzchni poziomej
Wartości Es (W m-2) pod kątem 40° szerokości geograficznej bez zachmurzenia dla powierzchni poziomej Godzina Es 6.00 46,5 9.00 674,5 12.00 947,9 15.00 18.00

23 Zadanie Sposób korzystania z zależności dla promieniowania pokazano w zadaniu 6 – zob. plik Zad6.mcd KONIEC