انتقال حرارت

انتقال حرارت تشعشعی

انتقال حرارت

تعداد بازدید: 27536
کد مطلب: 3689
تاریخ انتشار: 10:18 16 فروردين 1391
تاریخ آخرین ویرایش : 16:07 10 دي 1391
 
 

تشعشع، انرژی ساطع شده از سطح سیال به صورت امواج الکترومغناطیس و به دلیل تغییرات الکتریکی اتم ها و مولکول هاست. بر خلاف هدایت و جابجایی، انتقال حرارت تشعشعی نیازی به محیط مادی ندارد. این انرژی با سرعت نور انتقال یافته و در محیط خلأ نیز حرکت می کند. تشعشع یک فرایند حجمی است و تمام جامدات، مایعات و گازها، جذب و ساطع کردن انرژی را انجام می دهند. اما به هرحال، تشعشع را برای جامدات غیر شفاف مانند سنگ و چوب که امواج ساطع شده از بخش های درونی آنها، به سطحشان نمی رسد، معمولاً به عنوان یک پدیده ی سطحی در نظر می گیرند. در این اجسام، تشعشع جذب شده نیز تنها تا عمق چند میکرون از سطح آنان اثر گذار است. لذا علت سطحی بودن تشعشع در مورد این اجسام، قابل درک است.

ماکزیمم انرژی تشعشعی که می تواند از سطح یک جسم با دمای مطلق ،T (کلوین) تابیده شود، توسط قانون استفان-بولتزمن برابر است با:

  

 

که  قایلیت انتشار سطح است که مقدار عددی آن بین صفر و یک است. قابلیت انتشار جسم سیاه برابر با 1 بوده و هرچه جسم مورد نظر، از جسم سیاه بیشتر فاصله بگیرد، این ضریب به سمت صفر میل می کند.

ویژگی مهم دیگر سطح در تشعشع، قابلیت جذب آن است.  ضریبی است که بیان می کند چه کسری از انرژی تابشی رسیده شده به سطح جسم توسط آن دریافت می شود. مقدار عددی این ضریب نیز بین صفر و یک می باشد. مشابه قابلیت انتشار، قابلیت جذب جسم سیاه نیز برابر با 1 بوده و برای سایر اجسام کمتر از 1 است.

 

به طور کلی، مقادیر  و مربوط به یک سطح، به دما و طول موج تابش بستگی دارد. قانون تابش کیریشهف بیان می کند که نرخ جذب و تابش یک سطح، در یک دما و طول موج خاص، با هم برابرند. از آنجا که در بسیاری از موارد، دمای سطح و دمای سطحی که منبع تشعشع است، از یک اردر هستند و مقدار میانگین ضریب نشر و جذب، با هم برابر فرض می شوند.

 



 

ویژگی مهم دیگر سطح در تشعشع، قابلیت جذب آن است.  ضریبی است که بیان می کند چه کسری از انرژی تابشی رسیده شده به سطح جسم توسط آن دریافت می شود. مقدار عددی این ضریب نیز بین صفر و یک می باشد. مشابه قابلیت انتشار، قابلیت جذب جسم سیاه نیز برابر با 1 بوده و برای سایر اجسام کمتر از 1 است

اختلاف بین نرخ جذب و تابش انرژی را نرخ خالص انتقال حرارت تشعشعی می گویند. وقتی که نرخ تابش یک سطح برابر با As، سطح آن A، دمای آن T و دمای مطلق سطحی که جسم را احاطه کرده است و تابش به آن منتقل می شود T باشد، نرخ خالص انتقال حرارت بین این دو سطح برابر است با:

 



 

از آنجا که تشعشع و جابجایی به موازات هم رخ می دهند، نرخ کلی انتقال حرارت را برابر با جمع این دو مقدار به دست می آوریم. اگر ثابتی را به عنوان ثابت ترکیبی انتقال حرارت ، تعریف کنیم که هم تشعشع را پوشش دهد و هم جابجایی را، نرخ کلی انتقال حرارت به صورت زیر تعریف می شود:

 

 

 

ثابت ترکیبی انتقال حرارت، در واقع همان ثابت جابجایی ایت که اثرات تشعشع در آن لحاظ شده است. معمولاً تشعشع در مقایسه با جابجایی طبیعی یا هدایت قایل توجه است، اما در مقایسه با جابجایی اجباری قابل چشم پوشی است. این مسئله به خصوص در سطوح دما پایین و یا سطوحی که تابش ضعیفی دارند، محسوس تر است.