›
›

Bài giảng Truyền nhiệt - Chương 7: Bức xạ nhiệt - Phan Thành Nhân

Download
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM  
CHƯƠNG 7  
B
Ứ
C X
Ạ
NHI
Ệ
T  
1. Khái niệm cơ bản về bức xạ nhiệt  
2. Caùc
 
ñònh luaät cô baûn veà böùc xaï nhieät  
3. Trao đổi nhiệt böùc xaï giöõa hai taám phaúng ñaët song song  
4. Trao ñoåi nhieät böùc xaï giöõa hai vaät boïc nhau  
1
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân  
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM  
1. Khái niệm cơ bản về bức xạ nhiệt:  
2
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân  
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM  
Khái niệm cơ bản về bức xạ nhiệt:  
Moät vaät baát kyø coù nhieät ñoä T coù nhieät naêng moät phaàn  
nhieät naêng bieán thaønh naêng löôïng soùng ñieän tö
ø
truyeàn ñi  
trong khoâng gian gaëp vaät theå khaùc Haáp thuï bieán laïi  
thaønh nhieät naêng  
Moät vaät luoân phaùt ra naêng löôïng böùc xaï vaø  
nhaän naêng löôïng böùc xaï töø vaät theå khaùc  
chieáu ñeán.  
3
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân  
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM  
Trao ñoåi nhieät böùc xaï:
là quá trình trao
đổ
i nhi
ệ
t  
xảy ra giữa các vật có nhiệt độ khác nhau đặt cách xa  
nhau Năng lượng bức xạ truyền trong không gian  
dưới dạng sóng điện từ.  
BAÛNG PHAÂN LOAÏI THEO BÖÔÙC SOÙNG  
Daïng böùc xaï  
Tia vuõ tru
ï  
Chieàu daøi böôùc soùng  
0,05.10
-6
 
(0,5 1,0).10-6  
10-6 20.10-3  
20.10-3 0,4  
0,4 0,8  
Tia gamma  
Tia Rônghen  
Tia töû ngoaïi  
Tia saùng  
0,8
400
  
0,2mm X km  
Tia hoàng ngoaïi  
Soùng voâ tuyeán ñieän  
4
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân  
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM  
Doøng böùc xaï, heä soá haáp thuï, heä soá phaûn xaï vaø heä soá xuyeân qua:  
Tia tôùi  
Thaønh phaàn  
phaûn xaï  
Qo: doøng böùc xaï chieáu leân beà maët (W);  
Qo  
QA: moät phaàn haáp thuï bieán thaønh nhieät ;  
QR  
QR: moät phaàn phaûn xaï;  
Thaønh phaàn  
QD: moät phaàn xuyeân qua  
haáp thuï  
QA  
Q
D  
Qo
QA
QR
QD  
Thaønh phaàn  
xuyeân qua  
QA QR QD  
   
A R D 1  
Qo Qo Qo  
5
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân  
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM  
Q QR QD  
A   ARD1  
Qo Qo Qo  
A, R, D: heä soá haáp thu, phaûn xaï, xuyeân qua; Bieán ñoåi töø  
0 1, phuï thuoäc vaøo baûn chaát vaät lyù cuûa vaät, nhieät ñoä, vaø  
chieàu daøi böôùc soùng.  
A = 1 vaät ñen tuyeät ñoái  
R = 1 vaät traéng tuyeät ñoái.  
D = 1 vaät trong tuyeät ñoái.  
Vaät xaùm: D = 0 vaø A + R = 1  
6
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân  
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM  
Khaû naêng böùc xaï baùn caàu E [W/m2]  
Laø doøng böùc xaï phaùt ra treân moät ñôn vò dieän tích dF, öùng  
vôùi moät ñôn vò thôøi gian treân toaøn boä khoâng gian nöûa baùn caàu  
öùng vôùi taát caû caùc böôùc soùng = 0    
dQ  
(W/m2)  
E   
dF  
Naêng löôïng böùc xaï Q (W):  
(W)  
Q EdF  
F
7
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân  
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM  
Khaû naêng böùc xaï ñôn saéc E
[W/m2]  
Laø maät ñoä böùc xaï baùn caàu öùng vôùi moät giaûi heïp cuûa chieàu  
daøi böôùc soùng (chæ xeùt vôùi 1 daõi böôùc soùng heïp
+d
)  
dE  
(W/m3)  
E
  
d  
Böùc xaï baùn caàu E (W/m
2
):  
(W/m2)  
E
E
d
  
0
8
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân  
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM  
Khaû naêng böùc xaï hieäu duïng Ehd  
Xeùt doøng böùc xaï tôùi töø beân ngoaøi E2 chieáu leân beà maët vaät xaùm (A + R = 1)  
A1*E2  
- Năng lượng bức xạ vaät 1 phaùt ra:  
=
+
(W/m2)  
Ehd = E1 + (1-A1)E2  
E2  
Vật 1  
(E
hd
g
ọ
i là kh
ả
n
ă
ng b
ứ
c x
ạ
hi
ệ
u  
dụng của vật)  
=
E1 + (1-A1)E2  
E1  
- Năng lượng bức xạ mà vật 1 trao đổi với môi trường xung quanh là:  
(W/m
2
)  
q = 
E
1
– A
1
E
2
= E
kq  
Ekq: khaû naêng böùc xaïkeát quaû  
9
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân  
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM  
2. Caùc ñònh luaät cô baûn veà böùc xạ nhiệt:  
Ñònh luaät Planck:  
Ñònh luaät thieát laäp moái quan heä giöõa khaû naêng böùc xaï ñôn saéc cuûa  
vaät ñen tuyeät ñoái Eo= f(,T)  
C1 5  
W m3  
Eo  
eC (T) 1  
2
Vôùi C1, C2 laø haèng soá Planck thöù nhaát vaø thöù hai  
C1 0,3742.1015 W.m2  
C2 1,4388.102 m.K  
– chieàu daøi böôùc soùng, m  
T – nhieät ñoä tuyeät ñoái cuûa vaät, K  
10  
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân  
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM  
Ñoà thò Maät ñoä doøng ñôn saéc – chieàu daøi böôùc soùng  
11  
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân  
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM  
Ñònh luaät Stefan – Bolztmann:  
Ñònh luaät naøy thieát laäp moái quan heä giöõa khaû naêng böùc xaï baùn caàu cuûa  
vaät ñen tuyeät ñoái phuï thuoäc vaøo nhieät ñoä  
- Khả năng bức xạ bán cầu của vật đen tuyệt đối:  
4
T
   
(W/m2)  
Eo C  
o    
100  
   
với Co = 5,67 W/m
2
.K
4
: hệ số bức xạ của vật đen tuyệt đối  
- Đối với vật xám :  
4
4
T
T
   
   
(W/m2)  
E C  
 C  
   
100  
o    
100  
   
   
với = C/Co (0 < < 1): do den của vật  
12  
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân  
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM  
Ñònh luaät Kirchhoff:  
Ñònh luaät naøy thieát laäp moái quan heä giöõa khaû naêng böùc xaï cuûa vaät  
vôùi heä soá haáp thuï A.  
Vaät ñen  
Vaät xaùm  
Xeùt hai taám phaúng ñaët song song vôùi:  
– Kích thöôùc lôùn so vôùi khoaûng caùch  
T1  
1  
Eo  
To  
o=1  
– Vaät ñen coù nhieät ñoä To, khaû naêng  
böùc xaï Eo  
1
.E
o  
(1-1).Eo  
– Vaät xaùm coøn laïi coù nhieät ñoä T1, khaû  
naêng böùc xaï E
1
, heä soá haáp thuï A
1  
E1  
13  
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân  
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM  
Nhieät löôïng trao ñoåi baèng böùc xaï giöõa 2 taám:  
q E1 A1Eo  
ÔÛ ñieàu kieän caân baèng nhieät ñoäng (T
o
= T
1
) thì q = 0 neân:  
E1  
A
1  
Eo  
E1 A1Eo 0  
Thay vaät xaùm 1 baèng caùc vaät xaùm khaùc, toång quaùt:  
E1 E2  
A1 A2  
En  
An  
   
Eo f T  
  
4
T
   
C
   
E
100  
   
   A  
A =   
4
E
0  
T
   
C
0    
100  
   
14  
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân  
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM  
3. Trao ñoåi nhieät böùc xaï giöõa taám phaúng ñaët song song:  
Hai taám phaúng ñaët song song:  
Taám 1: coù nhieät ñoä T
1
, heä soá haáp thu A
1
.  
Taám 2: coù nhieät ñoä T2, heä soá haáp thuï A2.  
Dieän tích taám F1 = F2 = F  
Naêng löôïng trao ñoåi nhieät BX giöõa hai taám laø:  
Q12 = Q1hd – Q2hd  
Vì hai taám coù dieän tích nhö nhau neân coù theå vieát:  
q12 = E1hd – E2hd  
trong ñoù  
E1hd E1 (1A1)E2hd  
E2hd E2 (1A2 )E1hd  
15  
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân  
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM  
Tìm ñöôïc E
1hd
vaø E
2hd  
E1 (1A1)E2  
A1 A2 A1A2  
E1hd   
A2E1
A1E2  
A1 A2 A1A2  
q12   
E2 (1A2 )E  
1   
E2hd   
A1 A2 A1A2   
Theo ñònh luaät Stefan – Boltzmann:  
4
4
T
   
T
   
1
2
E2  2C  
o    
E1  1C  
o    
100  
   
100  
   
Theo ñònh luaät Kirchhoff: A = ;  
16  
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân  
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM  
Nhieät löôïng trao ñoåi giöõa hai taám laø  
4
4   
Co  
T
100  
T
100  
     
1
2
W
m
2  
q
12
  
 
 
   
1 1  
     
 1  
1 2  
4
4   
T
T
     
1
2
W
Hoaëc  
Q12 q12F F.C  
     
12 o   
100 100  
     
1
12   
Ñoä ñen cuûa heä:  
1 1  
 1  
1 2  
17  
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân  
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM  
4
4   
Co  
T
T
     
1
2
q12   
     
1 1  
100  
100  
     
 1  
1 2  
Eo1
Eo2  
q12   
   
1 1  
1 1  
   
   
   
1 2  
2 2  
   
Sô ñoà maïng nhieät trôû böùc xaï  
Nhieät trôû böùc xaï beà maët taám phaúng.  
Eo1 Eo2  
q12   
1 1  
R    
2  
R
R  
1
2
18  
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân  
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM  
Taám phaúng ñaët song song coù boá trí maøng chaén:  
Xeùt trường hợp giữa 2 taám  
phaúng song song đặt một maøn  
chắn böùc xaï coù ñoä ñen c  
Maøn chaén böùc xaï: laø vaät  
xaùm, boû qua nhieät trôû daãn nhieät  
Sô ñoà maïng nhieät trôû böùc xaï  
4   
   
4
  
T
T2  
1
C
   
o   
E01 E02  
q12   
100  
100  
q12   
R2RR  
1 1  
1 1  
1 1  
1
c
2
 
 
2
   
1 2  
c 2  
2 2  
   
   
19  
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân  
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM  
Nhieät trôû böùc xaï:  
1 1  
1 1  
1 1  
R   
1  
R  
R  
c
2
1 2  
c
2  
2
2  
Tröôøng hôïp n maøng chaén coù ñoä ñen khaùc nhau:  
4
4
  
T
T
     
1
2
C
     
o   
100  
100  
     
q12   
n
1 1  
1 1  
1 1  
  2     
1 2  
ci 2 2 2  
i1  
4
4
  
T
T
 
 
   
1
2
C
     
o   
100  
100  
     
q12   
n
1 1  
2
 
1
  
1  
  
1 2  
ci  
i1  
20  
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân  
Tải về để xem bản đầy đủ
pdf 26 trang baolam 17080 Free
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Truyền nhiệt - Chương 7: Bức xạ nhiệt - Phan Thành Nhân", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên

File đính kèm:

  • pdfbai_giang_truyen_nhiet_chuong_7_buc_xa_nhiet_phan_thanh_nhan.pdf