Propriedades de radiação térmica, exemplos, aplicações

O Radiação térmica É a energia transmitida por um corpo graças à sua temperatura e através dos comprimentos de onda infravermelho do espectro eletromagnético. Todos os corpos sem exceção emitem alguma radiação infravermelha, por mais baixa que seja sua temperatura.

Acontece que quando eles estão em movimento acelerado, as partículas carregadas eletricamente oscilam e, graças à sua energia cinética, eles emitem continuamente ondas eletromagnéticas.

figura 1. Estamos muito familiarizados com a radiação térmica que vem do sol, que de fato é a principal fonte de energia térmica. Fonte: pxhere.

A única maneira de um corpo não emitir a radiação térmica é que suas partículas estão em repouso total. Dessa maneira.

[TOC]

Propriedades de radiação térmica

Uma propriedade notável que distingue esse mecanismo de transferência de calor de outros é que não é necessário um meio material para ocorrer. Assim, a energia emitida pelo Sol, por exemplo, viaja 150 milhões de quilômetros pelo espaço e chega na Terra continuamente.

Existe um modelo matemático para saber a quantidade de energia térmica por unidade de tempo que irradia um objeto:

P =PARAσeT⁴

Esta equação é conhecida como lei de Stefan e as seguintes magnitudes aparecem:

-Energia térmica por unidade de tempo P, que é conhecido como poder e cuja unidade no sistema internacional de unidades é o watt ou watt (w).

-Ele Área superficial do objeto que emite calor PARA, em metros quadrados.

-Uma constante, chamada Stefan Constant - Boltzman, denotado por σ E cujo valor é 5.66963 x10^-8 W/m² K⁴,

Pode servir a você: choque magnético: unidades, fórmulas, cálculo, exemplos

-O Emisividade (Também chamado Emitir) do objeto e, uma quantidade adimensional (sem unidades) cujo valor está entre 0 e 1. Está relacionado à natureza do material: por exemplo, um espelho tem baixa emissividade, enquanto um corpo muito escuro tem alta emissividade.

-E finalmente o temperatura T Em Kelvin.

Exemplos de radiação térmica

De acordo com a lei de Stefan, a taxa na qual um objeto irradia energia é proporcional à área, a emissividade e a quarta potência de temperatura.

Como a taxa de emissão de energia térmica depende da quarta potência de T, é evidente que pequenas mudanças de temperatura terão um efeito enorme na radiação emitida. Por exemplo, se a temperatura for dobrada, a radiação aumentaria 16 vezes.

Um caso especial da lei de Stefan é o radiador perfeito, um objeto completamente opaco chamado Corpo negro, cuja emissividade é exatamente 1. Nesse caso, a lei de Stefan é assim:

P =PARAσT⁴

Acontece que a lei de Stefan é um modelo matemático que descreve aproximadamente a radiação emitida por qualquer objeto, pois considera a emissividade como uma constante. Na verdade, a emissividade depende do comprimento de onda da radiação emitida, do acabamento da superfície e de outros fatores.

Quando considerado e Como constante e a lei de Stefan é aplicada conforme indicado no início, então o objeto é chamado Corpo cinza.

Os valores da emissividade para algumas substâncias tratadas como um corpo cinza são:

-Alumínio polido 0.05

-Carvão preto 0.95

-Pele humana de qualquer cor 0.97

-Madeira 0.91

-Gelo 0.92

Pode servir a você: momento de torção

-Água 0.91

-Cobre entre 0.015 e 0.025

-Aço entre 0.06 e 0.25

A radiação térmica do sol

Um exemplo tangível de um objeto que emite radiação térmica é o sol. Estima -se que a cada segundo, aproximadamente 1370 j de energia na forma de radiação eletromagnética chegue à terra do sol.

Este valor é conhecido como o constante solar E cada planeta tem um, que depende da sua distância média do sol.

Esta radiação é perpendicularmente cruzada por cada m² de camadas atmosféricas e é distribuído em vários comprimentos de onda.

Quase tudo vem com luz visível, mas uma boa parte vem como radiação infravermelha, que é precisamente o que percebemos como calor, e outro também como raios ultravioleta. É uma grande quantidade de energia suficiente para atender às necessidades do planeta, a fim de capturá -lo e aproveitar.

Em termos de comprimento de onda, estes são os intervalos dentro dos quais é a radiação solar que chega à Terra:

-Infravermelho, Aquele que percebemos como calor: 100 - 0.7 μm*

-Luz visível, entre 0.7 - 0.4 μm

-Ultravioleta, menos de 0.4 μm

*1 μm = 1 micrômetro ou o milionésimo de um metro.

Lei de Wien

A imagem a seguir mostra a distribuição da radiação em relação ao comprimento de onda para várias temperaturas. A distribuição é devida à lei de deslocamento de Wien, segundo a qual o comprimento de onda máxima de radiação λ_máx É inversamente proporcional à temperatura T em Kelvin:

λ_máx T = 2.898 . 10 ^-3 M⋅k

Figura 2. Gráfico de radiação, dependendo do comprimento de onda para um corpo negro. Fonte: Wikimedia Commons.

O sol tem uma temperatura da superfície de aproximadamente 5700 K e irradia principalmente em comprimentos de onda mais curtos, como vimos. A curva que se aproxima ao máximo do sol é de 5000 k, em azul e, claro. Mas também emite um bom papel em infravermelho e ultravioleta.

Pode servir a você: Processo isobárico: fórmulas, equações, experimentos, exercícios

Aplicações de radiação térmica

Energia solar

A grande quantidade de energia que o sol irradia pode ser armazenada em dispositivos chamados colecionadores, e depois transforme e use -o convenientemente como eletricidade.

Câmeras infravermelhas

São câmeras que, como o nome indica, operam na região infravermelha, em vez de fazê -lo sob luz visível, como câmaras comuns. Eles aproveitam o fato de que todos os corpos emitem radiação térmica em maior ou menor grau de acordo com sua temperatura.

Figura 3. Imagem de um cachorro capturado por uma câmara de infravermelho. Originalmente, as áreas mais claras representam a temperatura mais alta. As cores, que são adicionadas ao processamento para facilitar a interpretação, mostram as diferentes temperaturas no corpo do animal. Fonte: Wikimedia Commons.

Pirometria

Se as temperaturas forem muito altas, meça -as com um termômetro de mercúrio não for o mais indicado. Para isso, o pirômetros, através da qual a temperatura de um objeto é deduzida sabendo sua emissividade, graças à emissão de um sinal eletromagnético.

Astronomia

A luz das estrelas é modelada muito bem com a aproximação do corpo negro, assim como o universo inteiro. E por sua vez, a lei de Wien é frequentemente usada em astronomia para determinar a temperatura das estrelas, de acordo com o comprimento de onda da luz que eles emitem.

Indústria militar

Míssil.

Referências

1. Giambattista, a. 2010. Física. 2º. Ed. McGraw Hill.
2. Gómez, e. Dirigir, convecção e radiação. Recuperado de: Eltamiz.com.
3. González de Arrieta, eu. Aplicações de radiação térmica. Recuperado de: www.Ehu.EUS.
4. Observatório da Terra da NASA. Clima e orçamento de energia da Terra. Recuperado de: EarthObservatório.Panela.Gov.
5. Natahenoo. Aplicações de calor. Recuperado de: Cinehenao.WordPress.com.
6. Serway, r. Física para Ciência e Engenharia. Volume 1. 7º. Ed. Cengage Learning.