Bruger:Dipsacus fullonum/Varmestråling: Forskelle mellem versioner

Varmestråling, også kendt som varme, er emissionen af [[Elektromagnetisk stråling|elektromagnetiske bølger]] fra alt stof, der har en [[Temperatur|temperatur]], der er]] større end det [[Absolut nulpunkt|absolutabsolutte nulnulpunkt]] . <ref name="blundell">{{Kilde bog | efternavn=S. Blundell, K. Blundell | titel=Concepts in Thermal Physics | isbn=978-0-19-856769-1 | år=2006 | udgiver=Oxford University Press | side=247}}</ref> Det repræsenterer konvertering af [[termisk energi]] til [[ Elektromagnetisk energi |elektromagnetisk energi]] . Termisk energi består af den kinetiske energi fra tilfældige bevægelser af atomer og molekyler i stof. Alt stof med en temperatur er per definition sammensat af partikler, der har kinetisk energi, og som interagerer med hinanden. Disse atomer og molekyler er sammensat af ladede partikler, dvs. [[Proton|protonerproton]]er og [[Elektron|elektronerelektron]]er, og kinetiske interaktioner mellem stofpartikler resulterer i ladningsacceleration og [[ Dipol-svingning |dipol-oscillation]] . Dette resulterer i den elektrodynamiske generation af koblede elektriske og magnetiske felter, hvilket resulterer i emission af [[Foton|fotonerfoton]]er, der udstråler energi væk fra kroppenlegemet gennem densdets overfladegrænseoverflade. Elektromagnetisk stråling, inklusive lys, kræver ikke tilstedeværelse af stof for at forplantes og bevæger sig i [[Vakuum|rumvakuumet]] uendeligt langt, hvis det er uhindret.

Egenskaber ved varmestråling afhænger af forskellige egenskaber på den overflade, den stammer fra, inklusive dens temperatur, dens spektrale [[ Absorption |absorptivitet]] og spektrale emissionskraft, som udtrykt i [[ Kirchhoffs lov om termisk stråling |Kirchhoffs lov]] . <ref name="blundell">{{Kilde bog |efternavn forfatter1=S. Blundell, | forfatter2=K. Blundell | titel=Concepts in Thermal Physics | isbn=978-0-19-856769-1 |år=2006 | udgiver=Oxford University Press | side=247 | sprog=en}}</ref> Strålingen er ikke monokromatisk, dvs. den består ikke kun af en enkelt frekvens, men omfatter en kontinuerlig spredning af fotonenergier, dets karakteristiske spektrum. Hvis det udstrålende legeme og dets overflade er i [[Termodynamisk ligevægt|termodynamisk ligevægt,]], og overfladen har perfekt absorptivitet ved alle bølgelængder, karakteriseres det som et [[Sortlegeme|sort legeme]] . En sort kroplegeme er også en perfekt emitter. Strålingen fra sådanne perfekte emittere kaldes [[hulrumsstråling]] Stråling afeller sort krop |sortkropsstråling]] stråling. Forholdet mellem ethvert legemslegemes emission i forhold til det for en sort krop er kroppenslegemes emission, så en sort krop har en emissivitet afpå enhedén.

Absorptivitet, [[ reflektionsevne |reflektivitet]] og emission af alle organer er afhængig af bølgelængden af strålingen. På grund af [[ Gensidighed (elektromagnetisme) |gensidighed]] er absorptivitet og emission for enhver bestemt bølgelængde lige - en god absorber er nødvendigvis en god emitter, og en dårlig absorber en dårlig emitter. Temperaturen bestemmer bølgelængdefordelingen af den elektromagnetiske stråling. For eksempel er den hvide maling i diagrammet til højre meget reflekterende over for synligt lys (refleksionsevne ca. 0,80), og det ser således ud til det hvide ud for det menneskelige øje på grund af reflekterende sollys, som har en topbølgelængde på ca. 0,5 mikrometer. Imidlertid er dens emission ved en temperatur på ca. {{Convert|-5| C}} , en bølgelængde på ca. 12 mikrometer, er 0,95. For termisk stråling ser det således ud til at være sort.

Fordelingen af kraft, som et sort legeme udsender med forskellige frekvenser, er beskrevet af [[ Plancks lov |Plancks lov]] . Ved en given temperatur er der en frekvens ''f _max,'' ved hvilken den udsendte effekt er maksimal. Wiens forskydningslov og det faktum, at frekvensen er omvendt proportional med bølgelængden, indikerer, at topfrekvensen ''f _max'' er proportional med den absolutte temperatur ''T'' for det sorte legeme. Solens fotosfære, ved en temperatur på ca. 6000 K, udsender stråling hovedsageligt i den (menneskeligt) synlige del af det elektromagnetiske spektrum. Jordens atmosfære er delvis gennemsigtig for synligt lys, og lyset, der når overfladen, absorberes eller reflekteres. Jordoverfladen udsender den absorberede stråling og tilnærmer sig et sort legemes opførsel til 300 &nbsp; K med spektraltop ved ''f _max'' . På disse lavere frekvenser er atmosfæren stort set uigennemsigtig, og stråling fra Jordens overflade absorberes eller spredes af atmosfæren. Selvom ca. 10 % af denne stråling slipper ud i rummet, absorberes det meste og genudsættes derefter af atmosfæriske gasser. Det er denne spektrale selektivitet i atmosfæren, der er ansvarlig for den planetariske [[drivhuseffekt]], der bidrager til [[global opvarmning]] og [[Klimaændring|klimaforandringer generelt]] (men bidrager også kritisk til klimastabilitet, når sammensætningen og egenskaberne i atmosfæren ikke ændrer sig).

[[Glødelampe|Glødepæren]] har et spektrum, der overlapper solens og jordens sorte kropsspektresortlegemespektre. Nogle af de fotoner, der udsendes af en glødetråd af wolframpære ved [[Farvetemperatur|3000 &nbsp; K]] er i det synlige spektrum. Det meste af energien er forbundet med fotoner med længere bølgelængder; disse hjælper ikke en person med at se, men overfører stadig varme til miljøet, som empirisk kan udledes ved at observere en glødepære. Hver gang EM-stråling udsendes og absorberes, overføres varme. Dette princip bruges i [[Mikrobølgeovn|mikrobølgeovnemikrobølgeovn]]e, [[laserskæring]] og fjernelse af RF-hår .

I modsætning til ledende og konvektive former for varmeoverførsel, kan termisk stråling koncentreres på et lille sted ved hjælp af reflekterende spejle. [[Koncentreret solkraft|Koncentrering af solenergi]] drager fordel af dette faktum. I mange sådanne systemer anvendes spejle til at koncentrere sollys til et mindre område. I stedet for spejle kan [[Fresnellinse|Fresnel-linser]] også bruges til at koncentrere varmeflux. (I princippet kan enhver form for linse bruges, men kun Fresnel-linsedesignet er praktisk til meget store linser). ) En af metoderne kan bruges til hurtigt at fordampe vand til damp ved hjælp af sollys. F.eks. [[PS10-solkrafttårnet|Opvarmer]] sollyset, der reflekteres fra spejle, [[PS10-solkrafttårnet|PS10-solkraftværket]], og i løbet af dagen kan det varme vand til 285 &nbsp; ° C (558,15 &nbsp; K) eller 545 &nbsp; ° F.

Vinduer med lav udsendelse i huse er en mere kompliceret teknologi, da de skal have lav emission ved termiske bølgelængder, mens de forbliver gennemsigtige for synligt lys.

Nanostrukturer med spektralt selektive termiske emittansegenskaber tilbyder adskillige teknologiske anvendelser til energiproduktion og effektivitet, f.eks. Til afkøling af solceller og bygninger. Disse applikationer kræver høj emission i frekvensområdet svarende til det atmosfæriske gennemsigtighedsvindue i 8 til 13 mikron bølgelængdeområde. En selektiv emitter, der udstråler stærkt i dette område, udsættes således for den klare himmel, hvilket muliggør brugen af det ydre rum som et kølelegeme med meget lav temperatur.

Der er 4 hovedegenskaber, der karakteriserer varmestråling:

* Varmestråling udsendt af et legeme ved en hvilken som helst temperatur består af en lang række frekvenser. Frekvensfordelingen er givet ved [[ Plancks lov om sort-legemsstråling |Plancks lov om sortlegemestråling]] for en idealiseret emitter som vist i diagrammet øverst.

* Den dominerende frekvens (eller farve) område for den udsendte stråling skifter til højere frekvenser, når temperaturen på emitteren stiger. For eksempel stråler en ''rød varm'' genstand hovedsageligt i de lange bølgelængder (rød og orange) på det synlige bånd. Hvis det opvarmes yderligere, begynder det også at udsende mærkbare mængder grønt og blåt lys, og spredningen af frekvenser i hele det synlige område får det til at virke hvidt for det menneskelige øje; det er ''hvidt varmt'' . Selv ved en hvid-varm temperatur på 2000 K er 99 % af strålingen energi stadig i den infrarøde. Dette bestemmes af [[ Wiens forskydningslov |Wiens forskydningslov]] . I diagrammet bevæger topværdien for hver kurve sig mod venstre, når temperaturen stiger.

* Den samlede stråling af alle frekvenser stiger stejlt, når temperaturen stiger; den vokser som ''^T4,'', hvor ''T'' er den absolutte temperatur af kroppen. Et objekt ved temperaturen i en køkkenovn, cirka det dobbelte af stuetemperaturen i den absolutte temperaturskala (600 K vs. 300 K) udstråler 16 gange så meget strøm pr. Enhedsarealenhedsareal. Et objekt ved glødetrådens temperatur i en [[Glødelampe|glødepære -]] gennem 3000 K eller 10 gange stuetemperatur - udstråler 10.000 gange så meget energi pr. Enhedsareal. Den samlede stråleintensitet af enet sort kroplegeme stiger som den fjerde kraftpotens af den absolutte temperatur, som det udtrykkes i [[ Stefan – Boltzmann-lovenBoltzmanns |Stefan-Boltzmann-lovenlov]] . På plottet vokser området under hver kurve hurtigt, når temperaturen stiger.

* Hastigheden af elektromagnetisk stråling, der udsendes ved en given frekvens, er proportional med mængden af absorption, som den vil opleve af kilden, en egenskab kendt som gensidighed . Således udstråler en overflade, der optager mere rødt lys, termisk mere rødt lys. Dette princip gælder for alle egenskaber ved bølgen, herunder [[bølgelængde]] (farve), retning, [[Polarisering (tværbølge)|polarisering]] og jævn sammenhæng, så det er meget muligt at have termisk stråling, der er polariseret, kohærent og retningsbestemt, skønt polariserede og sammenhængende former er retfærdige sjælden i naturen langt fra kilder (med hensyn til bølgelængde). Se afsnit nedenfor for mere information om denne kvalifikation.

! ° C (° F)

| {{Convert|480| C}}

| {{Convert|580| C}}

| {{Convert|730| C}}

| {{Convert|930| C}}

| {{Convert|1100| C}}

| lys gullig orange

| {{Convert|1300| C}}

| gulligt hvidt

| > {{Convert|1400| C}}