Chương 4: Trao đổi nhiệt bằng Bức xạ Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM 8/2009 p.1 p.1 4.1 Khái niệm chung về Bức xạ nhiệt 4.2 Các định luật cơ bản về Bức xạ nhiệt 4.3 Trao đổi nhiệt Bức xạ giữa các vật rắn đặt trong môi trường trong suốt ¾ Hai tấm phẳng đặt song song ¾ Hai vật bọc nhau ¾ Tác dụng của màn chắn 4.1 4.1 Khái niệm chung về Khái niệm chung về BỨC XẠ NHIỆT BỨC XẠ NHIỆT ĐN: là quá trình trao đổi nhiệt xảy ra giữa các vật có nhiệt độ khác nhau đặt cách xa nhau Æ Năng lượng bức xạ truyền trong không gian dưới dạng sóng điện từ Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM 8/2009 p.2 p.2 ¾ ¾ Tính chất của năng lượng bức xạ Tính chất của năng lượng bức xạ -Mọi vật luôn phát ra năng lượng bức xạ và nhận năng lượng bức xạ từ các vật khác đến -Năng lượng bức xạ phát ra từ vật tỉ lệ với nhiệt độ tuyệt đối lũy thừa bậc 4 E ~ T 4 -Vật đen tuyệt đối sẽ nhận năng lượng bức xạ lớn nhất Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM 8/2009 p.3 p.3 A White sifaka Lemur To warm up in the morning, they turn their dark bellies toward the sun. Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM 8/2009 p.4 p.4 ¾ Các thành phần của năng lượng bức xạ Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM 8/2009 p.5 p.5 Q o : dòng chiếu đến; Q A : hấp thu ; Q R : phản xạ; Q D : xuyên qua DRAo QQQQ + + = Hoặc 1=++=++ DRA Q Q Q Q Q Q o D o R o A A, R, D: hệ số hấp thu, phản xạ, xuyên qua; trò số 0 đến 1, phụ thuộc vào bản chất vật lý của vật, T, và chiều dài bước sóng. Nếu A = 1 vật đen tuyệt đối (VD vật có bề mặt sơn đen có A ~ 1) R = 1 vật trắng tuyệt đối. (VD khơng khí sạch có thể xem D =1 ) D = 1 vật trong tuyệt đối. Các vật rắn thường gặp: D = 0 và A + R = 1, gọi là VẬT ĐỤC ¾ Xét 1 vật đục : có nhiệt độ T 1 , hệ số hấp thu A 1 Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM 8/2009 p.6 p.6 E 1 E 2 = + A 1 *E 2 E 1 + (1-A 1 )E 2 = Vật 1 (E hd gọi là khả năng bức xạ hiệu dụng của vật) -Vật 1 phát ra tổng cộng năng lượng bức xạ là: E hd = E 1 + (1-A 1 )E 2 (W/m 2 ) -Năng lượng bức xạ mà vật 1 trao đổi với môi trường xung quanh là: q = E 1 - -A 1 E 2 (W/m 2 ) 4.2 Các định luật cơ bản về Bức xạ nhiệt Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM 8/2009 p.7 p.7 ¾ ĐL Stefan-Boltzmann: với C o = 5,67 W/m 2 .K 4 là hệ số bức xạ của vật đen tuyệt đối với ε = C/C o (0 < ε < 1) gọi là ĐỘ ĐEN của vật -Khả năng bức xạ bán cầu của vật đen tuyệt đối là: 4 100 ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ = T CE oo (W/m 2 ) - Đối với vật xám : 44 100100 ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ = ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ = T C T CE o ε (W/m 2 ) ¾ ĐL Kirchhoff Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM 8/2009 p.8 p.8 Xét 2 tấm phẳng đặt song song, tấm 1 là vật đen tuyệt đối, tấm 2 là vật xám. NL trao đổi bằng BX giữa 2 tấm: o11 EAE q − = Ở ĐK cân bằng nhiệt động (T o = T 1 ) thì q = 0 nên: 0EAE o11 = − “Ở ĐK cân bằng nhiệt động, tỷ số giữa khả năng BX và hệ số hấp thu của vật xám đều bằng nhau và bằng khả năng BX của VĐTĐ”. Trong điều kiện cân bằng nhiệt, đối với các vật xám A = ε Thay vật xám 1 bằng các vật xám khác, tổng quát: () TfE A E A E A E o n n 2 2 1 1 ===== K o 1 1 E A E = 4.3 Trao đổi nhiệt Bức xạ giữa các vật rắn đặt trong mơi trường trong suốt Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM 8/2009 p.9 p.9 A/ HAI TẤM PHẲNG ĐẶT SONG SONG B/ HAI VẬT BỌC NHAU C/ TÁC DỤNG CỦA MÀNG CHẮN Tấm 1 có T 1 , hệ số hấp thu A 1 . Tấm 2: T 2 , A 2 . Diện tích F 1 = F 2 = F Năng lượng trao đổi nhiệt BX giữa hai tấm là: Q 12 = Q 1hd –Q 2hd Vì hai tấm có diện tích như nhau nên có thể viết: q 12 = E 1hd –E 2hd (A.1) trong đó ⎭ ⎬ ⎫ −+= −+= hdhd hdhd E)A(EE E)A(EE 1222 2111 1 1 (a) Giải hệ PT bậc nhất (a) sẽ tìm được E 1hd và E 2hd ⎪ ⎪ ⎪ ⎭ ⎪ ⎪ ⎪ ⎬ ⎫ −+ −+ = −+ −+ = 2121 122 2 2121 211 1 1 1 AAAA E)A(E E AAAA E)A(E E hd hd (b) Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM 8/2009 p.10 p.10 A/ HAI TẤM PHẲNG ĐẶT SONG SONG [...]... ⎜ε ⎟ ⎜ ⎟ ⎝ 1 2 ⎠ ⎝ ε2 2 ⎠ Sử dụng khái niệm nhiệt trở: ⎛1 1⎞ R=⎜ − ⎟ ⎝ε 2⎠ nhiệt trở bức xạ bề mặt tấm phẳng Sơ đồ mạng nhiệt trở bức xạ của hai tấm phẳng song song p.12 8/2009 Người soạn: TS Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM B/ HAI VẬT BỌC NHAU vật 1 có diện tích BM F1, nhiệt độ T1, hệ số hấp thu A1, vật 2: F2, T2, A2 Vì F1 ≠ F2 nên không tính q12 mà tính dòng bức xạ Q12 Đặc điểm: Toàn bộ Q1hd của vật 1 đều... F1/F2 = 1): trường hợp 2 tấm phẳng song song p.15 8/2009 Người soạn: TS Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM C/ TÁC DỤNG CỦA MÀNG CHẮN Màng chắn: ngăn BXN, có hệ số phản xạ lớn (lá nhôm, đồng mỏng đánh bóng) Do MC phản xạ ngược với phương truyền nhiệt nên dòng nhiệt h/quả bò giảm Xét 2 tấm phẳng song song, giữa chúng đặt một MC có εc và Tc • • Khi không có MC Khi có MC q12 = E01 − E02 ⎛ 1 1⎞ ⎛ 1 1⎞ ⎜ − ⎟+⎜ − ⎟ ⎜ε... vào (1) và giải hệ (1) tìm được Q1hd , Q2hd ; thay vào (*): Q 12 4 ⎡ ⎛ T ⎞4 ⎛ T2 ⎞ ⎤ = ⎢F1 ⎜ 1 ⎟ − ϕ 21 F2 ⎜ ⎟ ⎥ ⎞ ⎢ ⎝ 100 ⎠ ⎛ 1 1 ⎝ 100 ⎠ ⎥ ⎦ + ϕ 21 ⎜ − 1⎟ ⎣ ⎟ ⎜ε ε1 ⎠ ⎝ 2 Co Để tìm ϕ21, xét ĐK cân bằng nhiệt động (T1 = T2 = T): 4 (3) Q12 = 0: 4 ⎛ T ⎞ ⎛ T ⎞ F1 ⎜ − ϕ21F2 ⎜ ⎟ =0 ⎟ ⎝ 100 ⎠ ⎝ 100 ⎠ Rút ra F1 − ϕ 21 F2 = 0 → ϕ 21 = F1 F2 Hệ số góc ϕ21 thuần túy mang tính chất hình học, không phụ thuộc bản . Chương 4: Trao đổi nhiệt bằng Bức xạ Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM 8/2009 p.1 p.1 4.1 Khái niệm chung về Bức xạ nhiệt 4.2 Các định luật cơ bản về Bức xạ nhiệt 4.3 Trao đổi nhiệt Bức xạ giữa. chung về Khái niệm chung về BỨC XẠ NHIỆT BỨC XẠ NHIỆT ĐN: là quá trình trao đổi nhiệt xảy ra giữa các vật có nhiệt độ khác nhau đặt cách xa nhau Æ Năng lượng bức xạ truyền trong không gian dưới. năng lượng bức xạ Tính chất của năng lượng bức xạ -Mọi vật luôn phát ra năng lượng bức xạ và nhận năng lượng bức xạ từ các vật khác đến -Năng lượng bức xạ phát ra từ vật tỉ lệ với nhiệt độ tuyệt