SINARAN TERMAL: SIFAT, CONTOH, APLIKASI - FIZIKAL - 2026

The sinaran haba adalah tenaga yang dihantar oleh badan dengan suhunya dan dengan panjang gelombang spektrum elektromagnet inframerah. Semua badan tanpa terkecuali memancarkan sinaran inframerah, tidak kira seberapa rendah suhunya.

Ia berlaku bahawa ketika mereka dalam gerakan dipercepat, zarah bermuatan elektrik berayun dan berkat tenaga kinetiknya, mereka secara berterusan memancarkan gelombang elektromagnetik.

Gambar 1. Kami sangat biasa dengan sinaran termal yang berasal dari Matahari, yang sebenarnya merupakan sumber utama tenaga haba. Sumber: Pxhere.

Satu-satunya cara badan tidak memancarkan sinaran termal adalah agar zarahnya berada dalam keadaan rehat sepenuhnya. Dengan cara ini suhunya akan 0 pada skala Kelvin, tetapi menurunkan suhu objek ke titik seperti itu adalah sesuatu yang belum tercapai.

Sifat sinaran termal

Sifat luar biasa yang membezakan mekanisme pemindahan haba ini dengan yang lain adalah bahawa ia tidak memerlukan medium bahan untuk menghasilkannya. Oleh itu, tenaga yang dipancarkan oleh Matahari, misalnya, bergerak sejauh 150 juta kilometer melalui angkasa dan sampai ke Bumi secara berterusan.

Terdapat model matematik untuk mengetahui jumlah tenaga terma per unit masa yang dipancarkan oleh objek:

Persamaan ini dikenali sebagai undang-undang Stefan dan jumlah berikut muncul:

- Tenaga terma per unit waktu P, yang dikenali sebagai kuasa dan unitnya dalam Sistem Antarabangsa Unit adalah watt atau watt (W).

-Luas permukaan objek yang mengeluarkan haba A, dalam meter persegi.

- Pemalar, yang dipanggil Stefan - Pemalar Boltzman , dilambangkan dengan σ dan yang nilainya 5.66963 x10 ^-8 W / m ² K ⁴ ,

-The keberpancaran (juga dipanggil emittance) objek dan, kuantiti tidak berdimensi (Tanpa unit) di mana nilainya antara 0 dan 1. Ia adalah berkaitan dengan sifat bahan: seperti cermin mempunyai keberpancaran rendah, manakala badan yang gelap mempunyai emisiviti tinggi.

-Dan akhirnya suhu T di kelvin.

Contoh sinaran terma

Menurut undang-undang Stefan, laju di mana suatu objek memancarkan tenaga sebanding dengan kawasan, daya pancaran, dan kekuatan keempat suhu.

Oleh kerana kadar pelepasan tenaga termal bergantung pada kekuatan T keempat, jelas bahawa perubahan suhu yang kecil akan memberi kesan besar terhadap radiasi yang dipancarkan. Contohnya, jika suhu meningkat dua kali ganda, sinaran akan meningkat 16 kali ganda.

Kes khas dari undang-undang Stefan adalah radiator yang sempurna, objek yang benar-benar buram yang disebut badan hitam, yang emisivasinya tepat 1. Dalam kes ini, undang-undang Stefan kelihatan seperti ini:

Ini berlaku bahawa hukum Stefan adalah model matematik yang secara kasar menggambarkan radiasi yang dipancarkan oleh objek apa pun, kerana menganggap emisiviti sebagai pemalar. Emisiviti sebenarnya bergantung pada panjang gelombang sinaran yang dipancarkan, kemasan permukaan, dan faktor lain.

Apabila e dianggap tetap dan hukum Stefan diterapkan seperti yang ditunjukkan pada awalnya, maka objek tersebut disebut badan abu-abu.

Nilai emisiviti untuk beberapa bahan yang diperlakukan sebagai badan kelabu adalah:

-Aluminium yang digilap 0.05

-Karbon hitam 0.95

-Kulit manusia dengan warna apa pun 0.97

-Kayu 0.91

-Ice 0.92

-Air 0.91

-Copper antara 0.015 dan 0.025

-Stel antara 0.06 dan 0.25

Sinaran terma dari Matahari

Contoh nyata objek yang memancarkan sinaran termal adalah Matahari. Dianggarkan bahawa setiap saat, kira-kira 1.370 J tenaga dalam bentuk sinaran elektromagnetik mencapai Bumi dari Matahari.

Nilai ini dikenali sebagai pemalar suria dan setiap planet mempunyai satu, yang bergantung pada jarak purata dari Matahari.

Sinaran ini secara tegak lurus melewati setiap m ² lapisan atmosfera dan diedarkan dalam panjang gelombang yang berbeza.

Hampir semuanya datang dalam bentuk cahaya yang dapat dilihat, tetapi bahagian yang baik datang sebagai radiasi inframerah, yang tepat yang kita anggap sebagai panas, dan beberapa juga sebagai sinar ultraviolet. Ini adalah sejumlah besar tenaga yang cukup untuk memenuhi keperluan planet ini, untuk menangkap dan menggunakannya dengan betul.

Dari segi panjang gelombang, ini adalah jarak di mana sinaran suria yang sampai ke Bumi dijumpai:

- Inframerah , apa yang kita anggap sebagai haba: 100 - 0,7 μm *

- Cahaya yang dapat dilihat , antara 0,7 - 0,4 μm

- Ultraviolet , kurang dari 0.4 μm

* 1 μm = 1 mikrometer atau sepersejuta meter.

Undang-undang Wien

Gambar di bawah menunjukkan taburan sinaran sepanjang panjang gelombang untuk pelbagai suhu. Sebarannya mematuhi undang-undang perpindahan Wien, yang menurutnya panjang gelombang sinaran maksimum λ _max berbanding terbalik dengan suhu T di kelvin:

λ _max T = 2.898. 10 ⁻³ m⋅K

Rajah 2. Graf sinaran sebagai fungsi panjang gelombang bagi badan hitam. Sumber: Wikimedia Commons.

Matahari memiliki suhu permukaan sekitar 5,700 K dan memancar terutama pada panjang gelombang yang lebih pendek, seperti yang telah kita lihat. Lengkung yang paling hampir dengan Matahari adalah 5000 K, berwarna biru dan tentu saja mempunyai maksimum dalam jarak cahaya yang dapat dilihat. Tetapi ia juga memancarkan bahagian yang baik dalam inframerah dan ultraviolet.

Aplikasi sinaran terma

Tenaga solar

Sejumlah besar tenaga yang dipancarkan Matahari dapat disimpan dalam alat yang disebut pengumpul, untuk kemudian mengubahnya dan menggunakannya dengan mudah sebagai tenaga elektrik.

Kamera inframerah

Mereka adalah kamera yang, seperti namanya, beroperasi di wilayah inframerah dan bukannya dalam cahaya yang terlihat, seperti kamera biasa. Mereka memanfaatkan fakta bahawa semua badan memancarkan sinaran termal pada tahap yang lebih besar atau lebih kecil bergantung pada suhu mereka.

Gambar 3. Gambar anjing yang dirakam oleh kamera inframerah. Pada asalnya kawasan yang lebih terang mewakili kawasan yang mempunyai suhu tertinggi. Warna, yang ditambahkan semasa pemprosesan untuk memudahkan penafsiran, menunjukkan suhu yang berbeza di dalam tubuh haiwan. Sumber: Wikimedia Commons.

Pirometri

Sekiranya suhu sangat tinggi, mengukurnya dengan termometer merkuri bukanlah pilihan terbaik. Untuk ini, pirometer lebih disukai, di mana suhu objek disimpulkan mengetahui daya pancarannya, berkat pelepasan isyarat elektromagnetik.

Astronomi

Starlight dimodelkan dengan baik dengan pendekatan badan hitam, serta seluruh alam semesta. Sebaliknya, hukum Wien sering digunakan dalam astronomi untuk menentukan suhu bintang, sesuai dengan panjang gelombang cahaya yang dipancarkannya.

Industri ketenteraan

Peluru berpandu ditujukan ke sasaran menggunakan isyarat inframerah yang bertujuan untuk mengesan kawasan terpanas di pesawat, seperti mesin misalnya.

Rujukan

1. Giambattista, A. 2010. Fizik. Ke-2. Ed. McGraw Hill.
2. Gómez, E. Pengaliran, perolakan dan sinaran. Dipulihkan dari: eltamiz.com.
3. González de Arrieta, I. Aplikasi sinaran terma. Dipulihkan dari: www.ehu.eus.
4. Balai Cerap Bumi NASA. Anggaran Iklim dan Tenaga Bumi. Dipulihkan dari: earthobservatory.nasa.gov.
5. Natahenao. Aplikasi haba. Dipulihkan dari: natahenao.wordpress.com.
6. Serway, R. Fizik untuk Sains dan Kejuruteraan. Jilid 1. 7hb. Pembelajaran Ed. Cengage.