Стоя у раскаленной печи, мы ощущаем тепло. Энергия Солнца передается к нам на Землю. Поднося руку к нагретому утюгу или к пламени костра, мы даже снизу (там, куда проникает холодный воздух) чувствуем жар. Как же во всех перечисленных случаях передается тепло? Явно не путем теплопроводности, так как воздух — плохой проводник тепла. И не путем конвекции, потому что конвекционные потоки поднимаются всегда вверх. Чтобы ответить на эти вопросы, проделаем опыт, используя теплоприемник. Познакомимся с таким явлением, как излучение.
Теплоприемник и тепловое излучение
Теплоприемник — это прибор, представляющий собой плоскую цилиндрическую емкость из металла, одна сторона которой черная, а другая блестящая. Внутри нее имеется воздух, который при нагревании может расширяться и выходить наружу через отверстие.
Соединим теплоприемник с жидкостным манометром и расположим его около сильно нагретой гири или плитки. Мы заметим перемещение столбика жидкости в манометре, что указывает на нагревание и расширение воздуха в теплоприемнике при передаче ему тепла от гири.
Если поместить между нагретой гирей и приемником тепла экран, например лист бумаги, то нагревание прекращается.
В данном случае теплота передается от нагретого тела к тепло-приемнику с помощью невидимых глазом тепловых лучей. Этот вид теплопередачи называют излучением, или лучистым теплообменом. Этими лучами являются электромагнитные волны: радиоволны, инфракрасные, ультрафиолетовые, рентгеновские, световые.
В приведенном опыте сильно нагретая гиря излучает, то есть передает свою внутреннюю энергию. Наоборот, теплоприемник нагревается, так как получает или поглощает энергию, излучаемую от нагретой гири.
Интенсивность излучения
Поднесем теплоприемник на одинаковое расстояние поочередно к стакану с горячей водой (40°С), к пламени спиртовки (500— 700°С) и к лампе накаливания (1500°С). Смещение жидкости в теплоприемнике будет наибольшим в последнем случае. Отсюда можно сделать вывод: интенсивность излучения тем выше, чем больше температура тела.
Передача энергии излучением не нуждается в среде: тепловые лучи могут распространяться и через вакуум.
Солнечное излучение
Путем излучения на Землю передается высвобождаемая Солнцем энергия. Ежесекундно Земля получает при этом энергию около 1014 кДж. Когда часть поступающей от Солнца энергии поглощается Землей, то наблюдается увеличение внутренней энергии Земли и соответствующее повышение температуры. Излучение, идущее от Солнца, прогревает не только поверхность Земли, но и ее атмосферу, моря и океаны.
В жаркую солнечную погоду, желая защититься от солнечного излучения, мы надеваем на голову шляпу. Вспомним, что солнечное излучение особенно сильно нагревает те места нашего тела, которые закрыты темной одеждой. Это означает, что излучение неодинаково проникает в тела, неодинаково нагревает их в зависимости от состояния поверхности. Чтобы убедиться в этом на опыте, теплоприемник поворачивают к нагретому телу сначала черной, а затем блестящей стороной. При этом столбик жидкости в манометре в первом случае перемещается на большее расстояние, чем во втором. Следовательно, блестящая поверхность хуже поглощает энергию, чем черная. При равной температуре тела с блестящей поверхностью и излучают меньше энергии, чем черные. Доказать это можно на следующем опыте.
В два одинаковых сосуда, выкрашенных один — белой, а другой— черной краской, наливают кипяток и вставляют термометры. Через некоторое время по термометрам можно определить, что вода в черном сосуде остывает быстрее, а в белом — медленнее.
- Черная поверхность — лучший излучатель и лучший поглотитель, а затем следуют грубая, белая и полированная поверхности.
- Хорошие поглотители энергии — хорошие излучатели, а плохие поглотители — плохие излучатели энергии.
- Солнечная система существует примерно 5 млрд, лет;
- Диаметр Солнца равен 1,32 \cdot 10^6 км;
- Самая высокая температура в центре Солнца равна 13 \cdot 10^6 К;
- Расстояние от Земли до Солнца равно 149,6 млн. км;
- Температура поверхности Солнца 6 \cdot 10^3 К.
На протяжении второй трети радиуса находятся слои, которые передают энергию только путем поглощения и переизлучения энергии. Этот процесс сопутствует уменьшению температуры снаружи.
На протяжении последней трети радиуса вещество подобно кипящей жидкости. В нем происходит конвекция, перемешивание вещества, способствующее более быстрому переносу энергии наружу (конвективная зона).
Внешние слои Солнца, излучение которых может наблюдаться, называются атмосферой. Свойства атмосферы и происходящие в ней явления во многом определяются конвективной зоной: отдельные массы поднимающихся в ней горячих газов заставляют колебаться нижние слои атмосферы. В результате этих колебаний порождаются волны, которые распространяются вверх. Эти волны отдают газу наружных слоев свою энергию и нагревают его. По этой причине температура в солнечной атмосфере с некоторого уровня перестает снижаться и начинает повышаться.
Читайте по физике:
- Сила трения в технике — как ее уменьшить с помощью подшипников
- Электризация тел
- Абсолютная влажность воздуха
- Как перевести с км/ч в м/с
- Почему глубокий рыхлый снег предохраняет озимые хлеба от вымерзания
- Первый закон Ньютона
- Перевод размерности скорости из км/ч в м/с и из м/с в км/ч
- Рассеяние солнечного света в облаках
- Развитие электродинамики и открытия физиков
- Резонанс — это что в физике
Супер статья
По факту Земле достается мизерный процент тепла, а всё остальное рассеивается в космос. Еще мне было бы интересно знать мощность солнечного излучения в Ватт.
альтернативная энергия теплопередача имеет шанс
Очень интересная и познавательная статья , получил массу нужной и полезной информации !
очень познавательная статья. много узнал.большое спасибо
Как много видов теплового излучения я узнала из статьи. Полезно иногда почитать про интересные явления в нашей жизни, о которых мы даже не задумываемся.