Strömning och varmetransport/ varmeoverføring



Relevanta dokument
Strömning och varmetransport/ varmeoverføring

Strömning och varmetransport/ varmeoverføring

1. Elektromagnetisk strålning

4. Allmänt Elektromagnetiska vågor

3. Ljus. 3.1 Det elektromagnetiska spektret

Vågrörelselära och optik

Geometrisk optik reflektion och brytning. Optiska system F9 Optiska instrument. Elektromagnetiska vågor. Det elektromagnetiska spektrumet FAF260

Optiska ytor Vad händer med ljusstrålarna när de träffar en gränsyta mellan två olika material?

Föreläsning 2 (kap , 2.6 i Optics)

6. Värme, värmekapacitet, specifik värmekapacitet (s )

Strömning och varmetransport/ varmeoverføring

Hur elektromagnetiska vågor uppstår. Elektromagnetiska vågor (Kap. 32) Det elektromagnetiska spektrumet

Kapitel 33 The nature and propagation of light. Elektromagnetiska vågor Begreppen vågfront och stråle Reflektion och brytning (refraktion)

Vågrörelselära och optik

OPTIK läran om ljuset

EXPERIMENTELLT PROBLEM 2 DUBBELBRYTNING HOS GLIMMER

ANDREAS REJBRAND NV1A Fysik Elektromagnetisk strålning

The nature and propagation of light

Kap 12 termodynamiska tillståndsrelationer

Ljuskällor. För att vi ska kunna se något måste det finnas en ljuskälla

Miljöfysik. Föreläsning 2. Växthuseffekten Ozonhålet Värmekraftverk Verkningsgrad

Två typer av strålning. Vad är strålning. Två typer av strålning. James Clerk Maxwell. Två typer av vågrörelse

Elektromagnetiska vågor (Ljus)

Ljusets polarisation

16. Spridning av elektromagnetisk strålning

TEORETISKT PROBLEM 2 DOPPLERKYLNING MED LASER SAMT OPTISK SIRAP

Lösningsförslag - tentamen. Fysik del B2 för tekniskt / naturvetenskapligt basår / bastermin BFL 122 / BFL 111

Kvantmekanik. Kapitel Natalie Segercrantz

Miljöfysik. Föreläsning 1. Information om kursen Miljöfysik Viktiga termodynamiska storheter Jordens energibudget

TFEI02: Vågfysik. Tentamen : Svar och anvisningar. t s(x,t) =s 0 sin 2π T x. v = fλ =3 5 m/s = 15 m/s

Föreläsning 7: Antireflexbehandling

Preliminärt lösningsförslag till Tentamen i Modern Fysik,

FyU02 Fysik med didaktisk inriktning 2 - kvantfysik

Denna våg är. A. Longitudinell. B. Transversell. C. Något annat

Gauss Linsformel (härledning)

1. Betrakta en plan harmonisk elektromagnetisk våg i vakuum där det elektriska fältet E uttrycks på följande sätt (i SI-enheter):

Kapitel: 32 Elektromagnetiska vågor Maxwells ekvationer Hur accelererande laddningar kan ge EM-vågor

Föreläsning 7: Antireflexbehandling

6. Kvantfysik Ljusets dubbelnatur

Trådlös kommunikation

Övning 4 Polarisation

Tentamen i Fotonik , kl

1.3 Uppkomsten av mekanisk vågrörelse

Observera att uppgifterna inte är ordnade efter svårighetsgrad!

WALLENBERGS FYSIKPRIS

FYSIKUM STOCKHOLMS UNIVERSITET Tentamensskrivning i Vågrörelselära och optik, 10,5 högskolepoäng, FK4009 Tisdagen den 17 juni 2008 kl 9-15

Optik. Innehåll: I - Elektromagnetiska vågor radio och ljus. II - Reflexion och brytning. III - Ljusvågor. MNXA11 / Lund University

Tentamen i Fotonik , kl

Fotoelektriska effekten

Vågfysik. Geometrisk optik. Knight Kap 23. Ljus. Newton (~1660): ljus är partiklar ( corpuscles ) ljus (skugga) vs. vattenvågor (diffraktion)

ETE331 Framtidens miljöteknik

ETE331 Framtidens miljöteknik

13. Plana vågors reflektion och brytning

3. Mekaniska vågor i 2 (eller 3) dimensioner

λ = T 2 g/(2π) 250/6 40 m

Prov Fysik B Lösningsförslag

Observera att uppgifterna inte är ordnade efter svårighetsgrad!

Solens energi alstras genom fusionsreaktioner

Optik. Läran om ljuset

Lösningsförslag. Fysik del B2 för tekniskt / naturvetenskapligt basår / bastermin BFL 120 / BFL 111

Institutionen för Fysik Polarisation

SÄTT DIG NER, 1. KOLLA PLANERINGEN 2. TITTA I DITT SKRIVHÄFTE.

Föreläsning 3: Radiometri och fotometri

1 Figuren nedan visar en transversell våg som rör sig åt höger. I figuren är en del i vågens medium markerat med en blå ring prick.

Alla svar till de extra uppgifterna

Mer om EM vågors polarisation. Vad händer om man lägger ihop två vågor med horisontell och vertikal polarisation?

Hur funkar 3D bio? Laborationsrapporter Se efter om ni har fått tillbaka dem och om de är godkända!

!"#$%&'()*+&%$(,-$%."'/0/1(2( 3&)4'5"$%/'('&$6+&6$(478('*))*/'"9/0/1( :/%$10(0(*&)4'5"$%/( ;6<%/'(56+=18%&( >&$?./0/1(!

Copyright 2001 Ulf Rääf och DataRäven Elektroteknik, All rights reserved.

Förklara dessa begrepp: Ackommodera Avbildning, Brytning Brytningslagen Brytningsindex Brytningsvinkel Brännvidd Diffus och regelbunden reflektion

DIGITAL FÄRGRASTRERING

Fysik (TFYA14) Fö 5 1. Fö 5

Kaströrelse. 3,3 m. 1,1 m

Kvantfysik - introduktion

DIGITAL FÄRGRASTRERING FÄRG. SPD Exempel. Sasan Gooran (HT 2003) En blåaktig färg

ETE310 Miljö och Fysik

Möjligheter att påverka energiförbrukningen med hjälp av ytbeläggningars elektromagnetiska egenskaper. Tina Rosenström

BFL122/BFL111 Fysik för Tekniskt/ Naturvetenskapligt Basår/ Bastermin Föreläsning 7 Kvantfysik, Atom-, Molekyl- och Fasta Tillståndets Fysik

Materialfysik vt Materiens optiska egenskaper. [Callister, etc.]

Vinkelupplösning, exempel hålkameran. Vinkelupplösning När är två punkter upplösta? FAF260. Lars Rippe, Atomfysik/LTH 1. Böjning i en spalt

för gymnasiet Polarisation

Växthuseffekten och klimatförändringar

ANDREAS REJBRAND Elektromagnetism Coulombs lag och Maxwells första ekvation

Grundläggande Akustik

LYSEKILS KOMMUN Sammanträdesprotokoll Kommunstyrelsen

Frågor till filmen Vi lär oss om: Ljus

Hur påverkas vi av belysningen i vår omgivning?

Övning 6 Antireflexbehandling. Idén med antireflexskikt är att få två reflektioner som interfererar destruktivt och därmed försvagar varandra.

Strålning från varmfackla vid biogas förbränning

Ljuset påverkar människan på tre sätt:

Fysik. Arbetslag: Gamma Klass: 8 C, D Veckor: 43-51, ht-2015 Akustik och optik (ljud och ljus) och astronomi Utdrag ur kursplanen i fysik:

Repetitionsuppgifter i vågrörelselära

Information om ämnet Militärteknik med diagnostiskt självtest av förkunskaper till blivande studerande på Stabsutbildningen (SU)

Studieanvisning i Optik, Fysik A enligt boken Quanta A

Polarisation Laboration 2 för 2010v

Förslag den 25 september Fysik

Införa begreppen ström, strömtäthet och resistans Ohms lag Tillämpningar på enkla kretsar Energi och effekt i kretsar

Tentamen i Fotonik , kl

Presentationsmaterial Ljus som vågrörelse - Fysik B. Interferens i dubbelspalt gitter tunna skikt

Transkript:

Lektion 9: Värmetransport TKP4100/TMT4206 Strömning och varmetransport/ varmeoverføring Värme kan överföras från en kropp till en annan genom strålning (värmestrålning). Det är därför vi kan känna solens värme som har rest 148 miljoner km för att nå oss! Ragnhild E. Aune (ragnhild.aune@ntnu.no) 1

Alla kroppar avger värmestrålning som ett resultat av elektronvibrationer (med ökande temperaturen ökar elektronvibrationerna). Värmestrålningen är en del av spektret för elektromagnetisk strålning. 2

Elektromagnetisk strålning är en vågrörelse som fortplantas i tid och rum. Strålningens utbredning styrs av Maxwells ekvationer och den består av en elektrisk och en magnetisk komponen som oscillerar i rät vinkel mot varandra och mot rörelseriktningen. Elektromagnetisk strålning uppträder i många vetenskapliga och tekniska områden, och har flera olika egenskaper. Exempel på elektromagnetisk strålning: Ljus som fortplantas i en optisk fiber. Mikrovågor som värmer mat i en mikrovågsugn. 3

Sambandet mellan den elektromagnetiska strålningens våglängd λ, frekvens ṽ och hastighet c kan matematisk tecknas på följande sätt: c = λ ~ ν där c 299.792456 10 6 [m/s] är utbredningshastigheten för elektromagnetiska vågor i den fria rymden. 4

Genom strålning kan värmetransport ske: - mellan kroppar på stort avstånd från varandra - i vakuum (behöver inte ett medium att förplanta sig i. Solgenomstrålning Reflektion Absorption Fönster Transmition När strålning träffar en kropp kan strålningen påverkas på olika sätt: - en del av strålningen kan reflekteras när den träffar ytan - en del av strålningen kan absorberas i kroppen - en del kan transmitteras (passerar) genom kroppen. 5

Händelseförloppet för strålning kan matematisk tecknas på följande sätt: α + τ + ρ = 1 där α = kroppens absorptans (andelen absorberad strålning) τ = kroppens transmittans (andelen transmitterad strålning) ρ = kroppens reflektans (andelen reflekterad strålning) Totalt måste strålning som absorberas, transmitteras och/eller reflekteras vara lika stor som den inkommande strålningen. 6

Strålning α + τ + ρ = 1 Talen kan endast variera mellan 0 och 1. En kropp som inte transmitterar någon strålning (τ = 0) kallas opakt. De flesta fasta kroppar är opakta, speciellt vad gäller långvågig infraröd värmestrålning. En opakt yta som INTE reflekterar någon strålning (ρ = 0) absorberar all infallande strålning. En sådan yta kallas for en svart kropp och uppfattas som svart av det mänskliga ögat. 7

Det har visats att en perfekt svart kropp (en absorbator) med α = 1 också är en värmestrålare (en emittator ) med emissiviteten ε = 1. All infallen strålning absorberas Svar kropp Emissionstalet (ε) beskriver hur effektivt en yta strålar. Den emitterade energin är den mängd energi som strålar ut från en uppvärmd yta, och som är beroende av temperaturen och våglängden (ε λ ) Strålning i form av värme avges Man brukar beteckna storheter som rör svarta kroppar med index B (Black Body). Den svart kroppen är det teoretiska referenstillståndet. 8

De flesta material uppför sig i praktiken inte som svarta kroppar, utan både absorptansen och emissiviteten är mindre an 1 och beroende av strålningens våglängd. Man kan rent teoretiskt visa at absorptansen är lika med emissiviteten (Kirchoffs lag ): α = ε λ λ men för en verklig kropp är absorptansen över alla våglängder (den totala absorptansen) INTE lika med den totala emissiviteten: Det enda undantaget för en verklig kropp är om den har samma temperatur som omgivningen, och alltså mottar lika mycket strålningseffekt som den avger (dvs. är i jämvikt med omgivningen). 9

Härledning Kirchoffs lag Betrakta en kropp med arean A 1 helt innesluten i en omgivning som för enkelhets skull anses svart. Ytan A 1 har det totala emissionstalet ε 1 och absorptionstalet α 1. Värmeutbytet mellan kroppen och omgivningen antas endast ske genom strålning. Vid jämvikt måste båda ytornas temperatur bli densamma, T 1, eftersom annars strider förloppet mot termodynamikens andra huvudsats. Det utstrålade energiflödet från kroppen till omgivningen är: ε 4 σ A T 1 1 1 I kroppen absorberas ett energiflöde från omgivningen som är: α 4 σ A T 1 1 1 10

Härledning Kirchoffs lag Vid jämvikt måste utstrålat och absorberat energiflöde vara lika, varav följer att: ε 4 4 1 σ A1 T1 = α1 σ A1 T1 α = ε 1 1 11

För att underlätta beräkningarna antar man ofta att en viss kropp är grå innebär att absorptansen är oberoende av strålningens våglängd. För en grå kropp har absorptansen och emissiviteten ett och samma värde för alla våglängder innebär att den totala absorptansen för en grå kropp är lika med den totala emissiviteten (α = ε): Verkliga ämnen har en utstrålning där emissionstalet ligger mellan noll och ett (0 < ε <1). 12

Vanligen ANTAS att: - en kropp emitterar strålning diffust, dvs. den emitterade strålningseffekten är oberoende av från vilken vinkel den emitterade ytan observeras. - en kropps reflektion av infallande strålning sker diffust. Strålningen emitteras alltså likformigt i alla riktningar. Detta är i regel INTE fallet med verkliga kroppar utan endast for svarta eller grå kroppar, men för att förenkla beräkningarna är dessa antaganden mycket vanliga. 13

Sammanfattning - Absorptionstal, Transmisionstal, Reflektionstal och Emissionstal Absorptionstal (α): Förhållandet mellan den absorberade energin i en verklig yta, och den totalt instrålade energin mot ytan. Transmisionstal (τ): Förhållandet mellan den transmitterade energin genom en verklig yta, och den totalt instrålade energin mot ytan. Reflektionstal (ρ): Förhållandet mellan den reflekterade energin hos en verklig yta, och den totalt instrålade energin mot ytan. Emissionstal (ε): Förhållandet mellan utstrålningen från en verklig yta till en svart yta vid motsvarande temperatur. 14

Frågor? 15