Hősugárzás. 2. Milyen kölcsönhatások lépnek fel sugárzás és anyag között?

Átírás

1 Hősugázás. Milyen hőtejedési fomát nevezünk hőmésékleti sugázásnak? Minden test bocsát ki elektomágneses hullámok fomájában enegiát a hőméséklete által meghatáozott intenzitással ( az anyag a molekulái enegiáinak egy észét elektomágneses ezgések fomájában kisugáozza. Ezt, a test által leadott enegiaáamot nevezzük hőmésékleti sugázásnak. Nincs szükség közvetítő anyaga az enegia tejedésében. Milyen kölcsönhatások lépnek fel sugázás és anyag között? ( a fí -t -vel jelöltük A könyezetből ékező = beeső Visszavet = eflektált Elnyelt = abszobeált Kibocsátott = emittált Áteesztett = tanszmittált b a e t b = + a + t a = α b b = ρ t b = τ 3. Mit nevezünk abszolút fekete, szüke, átlátszó, fehé és színes testnek? Az abszolút fekete testet az jellemzi, hogy: bámely adott hőmésékleten az sugáoz a legnagyobb métékben minden hullámhosszon és minden iányban a áeső sugázást teljes egészében elnyeli a sugázásának a színképét a Planck-féle eloszlás íja le a sugázásának iány szeinti eloszlását a Lambet tövény íja le. mind az általa visszavet, mint az átengedett észaánya nulla ρ = 0, τ = 0, α = ε = Szüke test: a áeső sugázásnak azonos észaányát nyeli el minden hullámhosszon; az általa és egy fekete test által kisugázott enegia aánya minden hullámhosszon ugyanakkoa, mind az általa visszavet, mind az átengedett enegia észaánya független a hullámhossztól. A eflexiója diffúz. ρ = áll, τ = áll,0 < α = ε = áll <

2 Fehé test: A áeső sugázásból semennyit nem nyel el és nem is enged át, hanem azt minden hullámhosszon teljes egészében, minden iányban egyenletesen vei vissza (a eflexió diffúz, a visszavet sugázása a Lambet tövény évényes; az emissziója nulla. ρ =, τ = 0, α = ε = 0 Színes test: a áeső sugázásnak eltéő észaányát nyeli el a különböző hullámhosszokon; az általa és egy fekete test által kisugázott enegia aánya függ a hullámhossztól; az általa visszavet és az átengedett enegia észaánya is függ a hullámhossztól. ρ = f ( λ, τ = f ( λ,0 < α λ = ε λ = f ( λ < A teljes beeső sugázása vonatkozó abszopciós tényező (α a beeső sugázás spektumától függ, a teljes emittált sugázása vonatkozó emissziós szám (ε az anyag hőmésékletétől függ. Átlátszó (tanszpaens test: a áeső sugázást minden hullámhosszon teljes egészében átengedi, semmilyen hullámhosszon nem ve vissza, nem nyel el, és nem emittál sugázást. ρ = 0, τ =, α = ε = 0 4. Íja fel a hősugázás KCHHOFF féle tövényét! Milyen temészeti tövényt fejez ki ez az egyenlet? A K.-tv. azt mondja ki, hogy minden anyaga ε = α, minden beseési szöge és hullámhossza A testek sugázó- és sugázás elnyelőképesége között teemt kapcsolatot, vagyis az ε és α között fennálló összefüggést adja meg. A tövény a temodinamika nulladik és első főtételének alkalmazása hősugázása, ennek megfelelően általános, minden anyaga évényes tétel. 6. Ételmezze és magyaázza a WEN féle eltolódási tövényt! A PLANCK tövény szeint a fekete test diffúz sugázó, és a kibocsátott enegia nagymétékben függ a test abszolút hőmésékletétől. A teljes féltébe kibocsátott sugázás eősséget (intenzitást a hőméséklet és hullámhossz függvényében a.5. ába mutatja. A göbék maximum helyeinek (az a hullámhossz, ahol az adott hőmésékletű fekete test a maximális intenzitású sugázást podukálja hőméséklettől valófüggését, a WEN féle eltolódási tövény íja le, λmax*t =.9 mmk, azaz minél magasabb hőmésékletű a test, a maximális enegiájú sugázás az egye övidebb hullámhosszúság felé tolódik el.

3 5. Mit fejez ki a STEFAN BOLTZMANN egyenlet és honnan számaztatható? A.5. ába göbéi alatti teületek meghatáozásával, egy adott hőmésékletű fekete testnek a teljes spektuma meg: vonatkoztatott felületi, enegia sűűségét hatáozzuk Az összefüggés a STEFAN-BOLTZMANN tövény, a pedig a STEFAN-BOLTZMANN állandó.

4 7. Mit fejez ki a LAMBET féle cosinus tövény? Φ = n cosφ Az egyenlet adott hőmésékleten minden hullámhossza igaz. vagyis adott iányban méhető intenzitás egyenlő a nomális iányban mét intenzitás szoozva az eltéülési szög cosinusával. 8. Ételmezze a kölcsönös besugázási tényező fogalmát és adja meg kiszámításának módját néhány egyszeű esete! A kölcsönös besugázási tényező két test eedő emissziós tényezőjét mutatja meg. 4 4 = εfσ 0 ( T T az izotemikus, végtelen nagy, páhuzamos sík lapok között: ε = + ε ε izotemikus, egymást bukoló felületek között: ε = Fbelső + ε belső Fkülső ε külső 9. Ételmezze a tészögaány (view facto fogalmát! Hogyan használható ez tetszőleges helyzetű felületek közötti sugázásos hőáam kiszámításáa? A tészögaány két teszlőleges helyzetű testnél megmutatja, hogy az egyik testől ékező sugázási intenzitás hányad észe jut el a másik teste. 4 4 = F σ ε ε ϕ T T ϕ, 0, ( = tészögaány, ami a testek geometiájától és egymáshoz viszonított helyzetétől függően különböző összefüggésekkel számítható. (segédlet. fejezet 0. Ételmezze a hősugázáshoz endelt hőellenálást és adja meg (vezesse le kiszámításának módját! A villamos ellenálláshoz hasonlóan a hőellenállás a hőáamot indukáló hajtóeő (potenciálkülönbség és a hőáam hányadosa. Villamos ellenállás esetén a hajtóeő a feszülségkülönbség, melynek hatásáa elektomos áam indul meg. A hőellenállásnál a hajtóeő a hőméséklet különbség, ami hatásáa hőáam indul a hidegebb test felé. U T vill = hő =. Q

5 dőben állandósult, hőfoásmentes hővezetés. Milyen hőtejedési módot nevezünk hővezetésnek? Szilád anyagban, cseppfolyós, vagy légnemű közegben, amelynek észei egymáshoz képest makoszkopikusan nyugalomban vannak, a hő a különböző közepes sebességű (enegiájú észecskék ütközése évén, vagy a észecskék között ható eők közvetítésével molekuláól molekuláa tejed, illetve fémeknél a szabad elektonok diffúziója évén áamlik. (tanszpot-elmélet Hővezetés az enegia tébeli tejedésének az a fomája, amiko a hő egy közeg egyik - magasabb hőmésékletű - észéből annak másik észe felé töténő "áamlása" soán a közeget alkotó észecskék elmozdulása nem számottevő illetve endezetlen. (Például az egyik végén melegített úd másik vége is, felmelegszik, az enegia a úd melegebb végétől hővezetéssel jut a másik végéhez. A hővezetés konkét mechanizmusa a különböző közegek esetében azonban lényegesen különbözik egymástól. Gázokban az atomok, molekulák endezetlen mozgása miatti ütközéseknek (és a diffúzió következtében tejed az enegia. A fémekben a hő két páhuzamos, majdnem független mechanizmus évén tejed, egyészt a kistály ácsot alkotó atomok ezgése által, másészt a szabad elektonok diffúziója évén. A nem fémes anyagok és folyadékok esetén az enegia tejedése ugalmas elemi hullámok évén valósul meg.. Íja fel és ételmezze a hővezetés FOUE-féle alapegyenletét! A észecskék véletlenszeű mozgásának (Bown-mozgás eedőjekéntaz enegiaáamlás létejön, és amely hőáamsűűséget a Fouie tövény íja le: q& = λgadt ahol: q& hőáam vekto, [W/m ] - hő a melegebb helyől áamlik a hidegebb felé λ hővezetési tényező, [W/mK] T hőmésékleteloszlás, [K] A hőméséklet a hőtejedés iányában monoton csökken. 3. Ételmezze a hőellenállás fogalmát! Az anyagban lejátszódó, a hő tejedését akadályozó hatás. A Fouie és Ohm tövény analógiája: T hő =, különböző geometiáka és hőátviteli típusoka az adott hőátviteli típus leíó. Q egyenletének megoldásával kapjuk meg a hőellenállás konkét egyenleteit, pl: Newton egyenletből a hőátadási ellenállás: α =, [K/W] αa δ Fuie egyenletből a sík fal ellenállása: λ =, [K/W] λa 4. Ételmezze és magyaázza a kontakt hőellenállás fogalmát! A valóságban a éteges szekezetek tökéletlenül kapcsolódnak egymáshoz. lyenko a étegek közötti hőellenállást is figyelembe kell vennünk, ami azt jelenti, hogy az eedő hőellenállás kiszámításánál az egyes étegek ellenállásával soba kapcsolódva a kontaktusok hőellenállását is számításba vesszük. A kontaktus hőellenállása (k

6 abból adódik, hogy a étegek a felületi édességük miatt nem éintkeznek tökéletesen egymással, a fellépő és átlagos ( δ vastagsága és a ést kitöltő anyag ( λ hővezetési tényezője ismeetében étéke megbecsülhető (k =δ/ λ, pontosan általában csak laboatóiumi méésekkel tudjuk meghatáozni. Két édes éintkező felület között lejátszódó, hőtejedést akadályozó hatás. A két felület közötti ésben a hő tejedése észben az azt kitöltő közeg vezetésével, észben az éintkező felületek vezetésével, esetleg hősugázással töténik. A kontakt hőellenállás tehát eősen függ a ést kitöltő anyag hővezetési tényezőjétől, de attól is, hogy a felületek oxidáltak-e. 5. Milyen szabályok évényesek a hőellenállásokkal való műveleteke? Összetett szekezetek hőáama számítható a észek hőellenállásának eedőjével: Soos kapcsolás esetén: Páhuzamos kapcsolás esetén: ( t t = 0 e = e e = n n 6. Oldja meg a hővezetés FOUE-féle alapegyenletét homogén egyétegű hengees fal esetée! Adja meg és vázolja a hőmésékleteloszlási függvényt! dt dt = λ A = λ d π l d T d λπl λπl = dt ln = ( t t t = t ln πλl πλl = ( t t ln 7. Oldja meg a hővezetés FOUE-féle alapegyenletét homogén egyétegű gömbfal esetée! Adja meg és vázolja a hőmésékleteloszlási függvényt! dt T dt = λ A = λ d 4π d d 4πλ 4πλ = dt = ( t t t = t Q Q 4 & & πλ 4πλ = ( t t 8. Hogyan kell egy hővezető fal hőellenállását meghatáozni, ha a annak hővezetési tényezője a hőméséklet függvénye?

7 A hővezetási tényező meghatáozásával a hőellenállás má meghatáozható az 5. kéésben megadott képletekkel.