zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Kỹ Thuật - Công Nghệ

» Cơ khí - Chế tạo máy

Bài giảng Nhiệt động học: Chương 9 - Nguyễn Thế Lương

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:47

Báo xấu

9
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Nhiệt động học - Chương 9: Trao đổi nhiệt bức xạ, cung cấp cho người học những kiến thức như: Những khái niệm cơ bản; Các định luật cơ bản về bức xạ nhiệt; Trao đổi nhiệt bức xạ trong môi trường trong suốt; Bức xạ của chất khí;... Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Nhiệt động học: Chương 9 - Nguyễn Thế Lương

Chương 9. Trao đổi nhiệt bức xạ 1 9.1 Những khái niệm cơ bản 9.1.1 Trao đổi nhiệt bức xạ - TĐN bằng sóng điện từ - Mọi vật có 𝑇 ≠ 0𝐾 đều có khả năng bức xạ năng lượng ở dạng sóng điện từ (SĐT) - SĐT bản chất giống nhau, chỉ khác nhau về chiều dài bước sóng 𝜆 - Phân loại SĐT theo 𝜆: tia vũ trụ, tia Rơnghen, tia tử ngoại (tia cực tím), tia sáng, tia hồng ngoại và sóng vô tuyến
Chương 9. Trao đổi nhiệt bức xạ 2 - Những tia khảo sát trong Kỹ thuật nhiệt: tia có thể được vật hấp thụ biến thành nhiệt: tia nhiệt - Tia nhiệt gồm: tia sáng (𝜆 = 0,4 − 0,8 𝜇𝑚) và tia hồng ngoại (𝜆 = 0,8 − 400 𝜇𝑚) - Quá trình phát sinh và truyền bá các tia nhiệt trong không gian: bức xạ nhiệt - TĐN nhờ bức xạ nhiệt: TĐN bức xạ - Tia nhiệt có thể bị vật hấp thụ một phần hoặc toàn bộ (thành nhiệt năng)
Chương 9. Trao đổi nhiệt bức xạ 3 - Một vật có khả năng phát đi NL bức xạ, đồng thời có khả năng hấp thụ NL bức xạ - Khi nhiệt độ bằng nhau: NL bức xạ = NL hấp thụ: vật ở trạng thái cân bằng - Cường độ TĐN bức xạ: • Giống TĐN dẫn nhiệt & TĐN đối lưu: 𝜖 ∆𝑡 • Khác: 𝜖 nhiệt độ 𝑇 của vật: càng mạnh khi 𝑇 càng lớn Có thể xảy ra trong chân không
Chương 9. Trao đổi nhiệt bức xạ 4 9.1.2 Hệ số hấp thụ, hệ số phản xạ và hệ số xuyên qua - Xét dòng bức xạ 𝑄 từ một vật nào đó tới vật khảo sát (KS) - Vật KS hấp thụ 𝑄 𝐴 , phản xạ 𝑄 𝑅 , một phần xuyên qua 𝑄 𝐷 - Bảo toàn NL: - 𝑄 = 𝑄 𝐴 + 𝑄 𝑅 + 𝑄 𝐷 , đặt: 𝑄𝐴 • = 𝐴 = 0 ÷ 1: hệ số hấp thụ 𝑄
Chương 9. Trao đổi nhiệt bức xạ 5 𝑄𝑅 • = 𝑅 = 0 ÷ 1: hệ số phản xạ 𝑄 𝑄𝐷 • = 𝐷 = 0 ÷ 1 : hệ số xuyên 𝑄 qua - 𝐴+ 𝑅+ 𝐷 =1 - 𝐴, 𝑅, 𝐷 ∈: bản chất vật, 𝜆, 𝑇, trạng thái bề mặt - 𝐴 = 1: vật đen tuyệt đối - 𝑅 = 1: vật trắng tuyệt đối
Chương 9. Trao đổi nhiệt bức xạ 6 - 𝐷 = 1: vật trong suốt tuyệt đối, VD: khí có số nguyên tử ≤ 2 - Vật rắn, chất lỏng coi có 𝐷 = 0: vật đục: 𝐴 + 𝑅 = 1 9.1.3 Năng suất bức xạ, năng suất bức xạ riêng và năng suất bức xạ hiệu dụng a. Dòng bức xạ - Tổng NL bức xạ của vật 𝑄 (𝑊): • Từ diện tích 𝐹 trong bán cầu
Chương 9. Trao đổi nhiệt bức xạ 7 • Toàn bộ bước sóng 𝜆 = 0 ÷ ∞ • Trong 1 đơn vị thời gian - Bức xạ đơn sắc: • Bức xạ ứng với khoảng hẹp bước sóng từ 𝜆 đến 𝜆 + 𝑑𝜆 • Dòng bức xạ đơn sắc: 𝑄 𝜆 b. Năng suất bức xạ - NL phát đi từ một đơn vị diện tích bề mặt trong bán cầu/đơn vị thời gian ứng với toàn bộ 𝜆
Chương 9. Trao đổi nhiệt bức xạ 8 𝑑𝑄 - 𝐸= (𝑊/𝑚2 ) 𝑑𝐹 c. Cường độ bức xạ - Năng suất bức xạ ứng với khoảng hẹp chiều dài bước sóng 𝑑𝐸 - 𝐼𝜆 = (𝑊/𝑚3 ) 𝑑𝜆 d. Năng suất bức xạ riêng Năng suất bức xạ của bản thân vật Phân biệt với bức xạ từ vật khác
Chương 9. Trao đổi nhiệt bức xạ 9 e. Năng suất bức xạ hiệu dụng - Xét vật có nhiệt độ 𝑇, hệ số hấp thụ 𝐴, nhận bức xạ từ vật khác tới 𝐸 𝑡 - Vật sẽ: • Hấp thụ 𝐴𝐸 𝑡 • Phản xạ 1 − 𝐴 𝐸 𝑡 = 𝐸 𝑅 - Năng suất bức xạ hiệu dụng: - 𝐸ℎ𝑑 = 𝐸 + 1 − 𝐴 𝐸 𝑡 (9-1)
Chương 9. Trao đổi nhiệt bức xạ 10 g. Vật xám - Vật có 𝐼 𝜆 có dạng giống 𝐼0𝜆 của vật đen tuyệt đối 𝐼𝜆 (0: vật đen tuyệt đối): = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡 𝐼0𝜆 - Phần lớn vật thực: vật xám 9.2 Các định luật cơ bản về bức xạ nhiệt 9.2.1 Định luật Planck - Vật đen tuyệt đối: 𝐶1 𝜆−5 - 𝐼0𝜆 = 𝐶2 (𝑊/𝑚2 ) (9-2) 𝑒 𝜆𝑇 −1
Chương 9. Trao đổi nhiệt bức xạ 11 • 𝐼0𝜆 : năng suất bức xạ đơn sắc của vật đen tuyệt đối • 𝐶1 = 0,374. 10 −15 (𝑊/𝑚2 ) • 𝐶2 = 1,4388. 10−2 (𝑚𝐾) • 𝜆: bước sóng (𝑚) • 𝑇: nhiệt độ vật (𝐾)
Chương 9. Trao đổi nhiệt bức xạ 12 9.2.2 Định luật Wien - Bước sóng ứng với max của 𝐼0𝜆 gọi là 𝜆 𝑚𝑎𝑥 - 𝜆 𝑚𝑎𝑥 tìm được từ giải PT (9-2): 𝜕𝐼0𝜆 - = 0 rút ra: 𝜕𝜆 𝜆=𝜆 𝑚𝑎𝑥 - 𝜆 𝑚𝑎𝑥 𝑇 = 2,988. 10−3 𝑚. 𝐾 (9-3) (9-3): Định luật Wien 9.2.3 Định luật Stefan-Boltzmann - Năng suất bức xạ của vật đen tuyệt đối:
Chương 9. Trao đổi nhiệt bức xạ 13 ∞ - 𝐸0 = ‫𝜆0𝐼 0׬‬ 𝑑𝜆 thay (9-2), được: - 𝐸0 = 𝜎0 𝑇 4 (𝑊/𝑚2 ) (9-4) (9-4): Định luật Stefan-Boltzmann 𝜎0 : hằng số bức xạ của vật đen tuyệt đối 𝜎0 = 5,67. 10−8 𝑊/𝑚2 𝐾 4 - Dạng khác của (9-4) thường dùng: 𝑇 4 𝐸0 = 𝐶0 (9-5) 100 𝐶0 : hệ số bức xạ của vật đen tuyệt đối
Chương 9. Trao đổi nhiệt bức xạ 14 𝐶0 = 5,67 𝑊/𝑚2 𝐾 4 - (9-5) cũng dùng được cho vật xám: - Năng suất bức xạ của vật xám: 𝑇 4 - 𝐸= 𝐶 (9-6) 100 𝐶: hệ số bức xạ của vật xám, gọi: 𝐸 - 𝜀= (9-7) 𝐸0 Là độ đen của vật, 𝜀 = 0 ÷ 1
Chương 9. Trao đổi nhiệt bức xạ 15 𝜀 xác định bằng thực nghiệm, ∈ 𝑇 & trạng thái bề mặt - Thay (9-6), (9-5) vào (9-7): 𝐶 - 𝜀= , hay: 𝐶0 - 𝐶 = 𝜀𝐶0 (9-8) - Thay vào (9-6): định luật Stefan-Boltzmann cho vật xám: 𝑇 4 - 𝐸 = 𝜀𝐶0 (9-9) 100
Chương 9. Trao đổi nhiệt bức xạ 16 9.2.4 Định luật Kirchkoff - Các vật khác nhau (vật đục), cùng nhiệt độ thì 𝐸 cùng tỷ số : 𝐴 𝐸1 𝐸2 𝐸0 = =⋯= = 𝐸0 hay: 𝐴1 𝐴2 𝐴0 𝐸 = 𝐸0 (9-10) 𝐴 - So với (9-7), rút ra: 𝜀= 𝐴 (9-11) Độ đen của vật bằng hệ số hấp thụ
Chương 9. Trao đổi nhiệt bức xạ 1 9.3 Trao đổi nhiệt bức xạ trong môi trường trong suốt 9.3.1 Trao đổi nhiệt giữa hai bề mặt phẳng rộng vô hạn đặt song song 9.3.1.1 Khi không có màn chắn - Xét 2 bề mặt: 𝑇1 , 𝐴1 , 𝜀1 , 𝐸1 và 𝑇2 , 𝐴2 , 𝜀2 , 𝐸2 - Giả sử 𝑇1 > 𝑇2 - Vô hạn: tất cả các tia từ 1 2
Chương 9. Trao đổi nhiệt bức xạ 2 - Dòng nhiệt trao đổi giữa 1 & 2: - 𝑞 = 𝐸ℎ𝑑1 − 𝐸ℎ𝑑2 (9-12) - 𝐸ℎ𝑑1 = 𝐸1 + (1 − 𝐴1 )𝐸ℎ𝑑2 - 𝐸ℎ𝑑2 = 𝐸2 + (1 − 𝐴2 )𝐸ℎ𝑑1 - Giải hệ PT: 𝐸1 +𝐸2 −𝐴1 𝐸2 𝐸ℎ𝑑1 = 𝐴1 +𝐴2 −𝐴1 𝐴2 𝐸1 +𝐸2 −𝐴2 𝐸1 𝐸ℎ𝑑2 = 𝐴1 +𝐴2 −𝐴1 𝐴2 - Thay vào (9-12):
Chương 9. Trao đổi nhiệt bức xạ 3 𝐴2 𝐸1 −𝐴1 𝐸2 - 𝑞12 = 𝐴1 +𝐴2 −𝐴1 𝐴2 - Theo (9-9): 𝑇1 4 𝐸1 = 𝜀1 𝐶0 100 𝑇2 4 𝐸2 = 𝜀2 𝐶0 100 - Theo (9-11): 𝐴1 = 𝜀1 & 𝐴2 = 𝜀2 - Thay tất cả vào 𝑞12 :
Chương 9. Trao đổi nhiệt bức xạ 4 1 𝑇1 4 𝑇2 4 - 𝑞12 = 1 1 𝐶0 − + −1 100 100 𝜀1 𝜀2 (9-13) 1 - Đặt 1 1 = 𝜀 𝑞𝑑 độ đen qui + −1 𝜀1 𝜀 2 dẫn của hệ 𝑇1 4 𝑇2 4 - 𝑞12 = 𝜀 𝑞𝑑 𝐶0 − 100 100 (9-14)

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí

65 tài liệu

2412 lượt tải

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.