Теплота, виды теплообмена

На рис. 8 представлена зависимость энергии теплового (инфракрасного)

излучения от длины  волны. Тепловое излучение может  сопровождаться испусканием

видимого света, но его энергия мала по сравнению  с энергией излучения

невидимой части  спектра.

Интенсивность теплопередачи путем теплопроводности и конвекции

пропорциональна температуре, а лучистый тепловой поток  пропорционален

четвертой степени  температуры и подчиняется закону Стефана – Больцмана

    

где, как и ранее, q – тепловой поток (в джоулях в секунду, т.е. в Вт),

A – площадь поверхности излучающего тела (в м²), а T

₁ и T₂ – температуры (в кельвинах) излучающего тела и

окружения, поглощающего это излучение. Коэффициент s  называется

0,00096)х10 х постоянной Стефана – Больцмана и равен (5,66961

^–8 Вт/(м² DК⁴).

Представленный  закон теплового излучения справедлив лишь для идеального

излучателя –  так называемого абсолютно черного  тела. Ни одно реальное тело

таковым не является, хотя плоская черная поверхность  по своим свойствам

приближается к  абсолютно черному телу. Светлые  же поверхности излучают

сравнительно слабо. Чтобы учесть отклонение от идеальности  многочисленных

«серых» тел, в  правую часть выражения, описывающего закон Стефана –

Больцмана, вводят коэффициент, меньший единицы, называемый излучательной

способностью. Для  плоской черной поверхности этот коэффициент может достигать

0,98, а для полированного  металлического зеркала не превышает  0,05.

Соответственно лучепоглощательная способность высока для черного тела и низка

для зеркального.

Жилые и офисные  помещения часто обогревают небольшими электрическими

теплоизлучателями; красноватое свечение их спиралей –  это видимое тепловое

излучение, близкое  к границе инфракрасной части спектра. Помещение же

обогревается теплотой, которую несет в основном невидимая, инфракрасная часть

излучения. В приборах ночного видения применяются  источник теплового

излучения и приемник, чувствительный к ИК-излучению, позволяющий видеть в

темноте.

Мощным излучателем  тепловой энергии является Солнце; оно нагревает Землю даже на

расстоянии 150 млн. км. Интенсивность солнечного излучения, регистрируемая год

за годом станциями, расположенными во многих точках земного  шара, составляет

примерно 1,37 Вт/м². Солнечная энергия – источник жизни на Земле.

Ведутся поиски способов наиболее эффективного ее использования. Созданы

солнечные батареи, позволяющие обогревать дома и получать электроэнергию для

бытовых нужд.

                   4. РОЛЬ ТЕПЛОТЫ И ЕЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ                   

Глобальные процессы теплообмена не сводятся к нагреванию Земли солнечным

излучением. Массивными конвекционными потоками в атмосфере  определяются

суточные изменения  погодных условий на всем земном шаре. Перепады температуры

в атмосфере между  экваториальными и полярными  областями совместно с

кориолисовыми силами, обусловленными вращением Земли, приводят к появлению

непрерывно изменяющихся конвекционных потоков, таких, как  пассаты, струйные

течения, а также  теплые и холодные фронты.

Перенос тепла (за счет теплопроводности) от расплавленного ядра Земли к ее

поверхности приводит к извержению вулканов и появлению  гейзеров. В некоторых

регионах геотермальная  энергия используется для обогрева помещений и

выработки электроэнергии.

Теплота – непременный  участник почти всех производственных процессов.

Упомянем такие  наиболее важные из них, как выплавка и обработка металлов,

работа двигателей, производство пищевых продуктов, химический синтез,

переработка нефти, изготовление самых разных предметов – от кирпичей и посуды

до автомобилей  и электронных устройств.

Многие промышленные производства и транспорт, а также  теплоэлектростанции не

могли бы работать без тепловых машин – устройств, преобразующих теплоту в

полезную работу. Примерами таких машин могут служить компрессоры, турбины,

паровые, бензиновые и реактивные двигатели.

Важным источником теплоты для таких целей, как  производство электроэнергии и

транспортные перевозки, служат ядерные реакции. В 1905 А.Эйнштейн показал, что

масса и энергия  связаны соотношением E = mc², т.е. могут

переходить друг в друга. Скорость света c очень велика: 300 тыс. км/с.

Это означает, что  даже малое количество вещества может  дать огромное количество

энергии. Так, из 1 кг делящегося вещества (например, урана) теоретически можно

получить энергию, которую за 1000 суток непрерывной  работы дает электростанция

мощностью 1 МВт