1
1
Chương 7. Trao đổi nhiệt bức xạ
1
2
Chương 7. Trao đổi nhiệt bức xạ
2
2
3
Chương 7. Trao đổi nhiệt bức xạ
7.1. NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN
7.1.1. Trao đổi nhiệt bức xạ
- Mọi vật có nhiệt độ khác 0K đều có khả năng bức xạ năng lượng.
Các dao động điện từ được truyền đi trong không gian đập đến một
vật nào đó, được vật đó hấp thụ một phần hoặc toàn bộ để biến
thành nhiệt năng.
- Như vậy, quá trình trao đổi nhiệt bức xạ: nhiệt năng biến thành
năng lượng bức xạ, năng lượng bức xạ biến thành nhiệt năng.
-Là phương thức trao đổi nhiệt được thực hiện bằng sóng điện từ.
3
4
Chương 7. Trao đổi nhiệt bức xạ
7.1. NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN
7.1.1. Trao đổi nhiệt bức xạ
-Đặc trưng của quá trình trao đổi nhiệt bức xạ:
+Tia bức xạ truyền đi trong không gian nên không cần tiếp xúc.
+Có thể truyền trong môi trường không vật chất tức là trong chân
không.
+ Năng lượng bức xạ phụ thuộc vào nhiệt độ tuyệt đối: nhiệt độ
càng cao bức xạ càng mạnh nên trao đổi nhiệt bằng bức xạ phụ
thuộc vào nhiệt độ tuyệt đối của vật: Q = f(T).
4
3
5
7.1.2. Hệ số hấp phụ, hệ số phản xạ, hệ số xuyên qua
- Khi có một dòng bức xạ Q từ vật thể khác tới vật đang xét thì cũng
tương tự như ánh xạ: sẽ có một phần nhiệt được hấp thụ biến thành nội
năng của vật QA, một phần xuyên qua QD, một phần phản xạ lại môi
trường tới QR. Theo định luật bảo toàn năng lượng:
Q = QA+ QD+ QR
Q: Dòng nhiệt tới;
QA: Dòng xuyên qua;
QD: Dòng hấp thụ;
QR: Dòng phản xạ.
5
6
7.1.2. Hệ số hấp phụ, hệ số phản xạ, hệ số xuyên qua (Tiếp theo)
!!
!+ !"
!+ !#
!= 1
R + A + D = 1
R: Hệ số phản xạ;
A: Hệ số hấp thụ;
D: Hệ số xuyên qua.
R, A, D = 0÷1 nên trong một số trường hợp đặc biệt ta có:
A = 1 (R = D = 0) Vật đen tuyệt đối: hấp thụ toàn bộ năng lượng đập
tới nó;
R = 1 (A = D = 0) Vật trắng tuyệt đối: Phản xạ hoàn toàn năng lượng
đập tới nó;
D = 1 (R = A = 0) Vật trong suốt tuyệt đối: Cho toàn bộ năng lượng
đập tới nó đi qua.
6
4
7
7.1.3. Năng suất bức xạ, năng suất bức xạ riêng và năng suất
bức xạ hiệu dụng
1. Dòng bức xạ
Là tổng năng lượng bức xạ từ bề mặt F của vật theo mọi phương của
không gian bán cầu và ở mọi bước sóng trong một đơn vị thời gian.
-Ký hiệu: Q, đơn vị: W
+ Q: Phát đi từ bề mặt F(m2)
+ Không gian bán cầu
+𝜏= 1s
+𝜆= 0 ÷ ∞
7
8
7.1.3. Năng suất bức xạ, năng suất bức xạ riêng và năng suất
bức xạ hiệu dụng (Tiếp theo)
2. Năng suất bức xạ
-Là dòng bức xạ ứng với một đơn vị diện tích của bề mặt bức xạ.
E = "!
#$ (W/m2)
3. Cường độ bức xạ
-Là năng lượng bức xạ riêng ứng với một khoảng hẹp chiều dài bước sóng.
I𝜆= "%
#& (W/m3)
4. Năng suất bức xạ riêng
-Là năng suất bức xạ tự bản thân vật.
8
5
9
7.1.3. Năng suất bức xạ, năng suất bức xạ riêng và năng suất
bức xạ hiệu dụng (Tiếp theo)
5. Năng suất bức xạ hiệu dụng
- Là dòng mà vật thực tế trao đổi với môi trường.
- Xét vật đục: T, D=0. Giả sử có dòng
bức xạ đập tới nó Et: dòng này được chia
làm 2 phần: một phần hấp thụ AEt,
phần phản xạ (1-A)Etvà tự bản thân vật
cũng bức xạ một lượng là năng suất bức
xạ riêng E. Vậy tổng năng suất bức xạ
mà vật trao đổi với môi trường: Ehd = E + (1-A)Et
6. Vật xám !"
!#"
= const
9
10
7.2. CÁC ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN VỀ BỨC XẠ
7.2.1. Định luật Plank
-Vật đen tuyệt đối:
Io𝜆 = "!#$%
$
&!
"' %&
(W/m3)
C1= 0,374.10-15 (W/m2)
C2= 1,4388.10-2 (W/m2)
7.2.2. Định luật Wien
- Cho biết quan hệ 𝜆max,Io𝜆
'("#
'# = 0
𝜆maxT = 2,988.10-3m.K
10