Transmisia caldurii prin radiatie

Transmisia caldurii prin radiatie

1. Mecanismul fenomenului

Radiatia este un fenomen de transport al energiei, care are drept suport undele electromagnetice. Radiatia se propaga si prin vid, deci poate sa apara ca mod elementar de transfer termic independent de conductie si convectie. Toate corpurile emit si absorb radiatii in proportii diferite si pe lungimi de unda caracteristice. Macroscopic, fenomenele radiante respecta principiile termodinamicii clasice.

La interactiunea radiatiilor cu un mediu material se evidentiaza efectul lor termic. Din punct de vedere energetic radiatiile se comporta la fel, diferentele aparand la lungimea de unda si la efectele pe care le au asupra mediului ambiant.

Energia radiatiilor provine din energia interna a corpurilor si difera de la un tip de radiatie la altul. Cea mai mare cantitate de energie o transporta radiatiile infrarosii. Efecte nocive asupra organismelor vii au radiatiile cosmice, gama si Rntgen. In doze mari si celelalte radiatii sunt periculoase, deoarece pot provoca arsuri.

Toate corpurile cu o temperatura diferita de zero absolut emit continuu energie sub forma de radiatii. Radiatiile au un dublu caracter: ondulatoriu si corpuscular. Energia si impulsul sunt concentrate in fotoni, iar probabilitatea ca acestia sa se gaseasca intr-un anumit loc din spatiu este definita prin notiunea de unda.

Mecanismul de transformare a energiei termice in energie radianta, pe baza interpretarii lui Planck, se poate prezenta astfel: in urma unui soc (dintre molecule, atomi, electroni liberi) in interiorul unui corp, electronii unui atom sunt scosi temporar din starea de echilibru si trec de la un nivel de energie la altul (de pe o orbita pe alta). La revenirea in pozitia initiala (la nivelul de energie initial), care reprezinta o stare de stabilitate mai mare, energia termica primita in urma socului se elibereaza sub forma undelor electromagnetice care sunt emise in spatiu. Acest fenomen are loc prin transferul energiei termice sub forma de unde electromagnetice si apare intre doua sau mai multe corpuri ce prezinta diferente mari de temperatura.

2. Relatia lui Stefan-Boltzmann

Cantitatea de caldura transmisa de un corp prin radiatie Q_r, conform relatiei lui Stefan-Boltzmann, este data de expresia:

(13)

unde:    c_r - coeficientul de radiatie (W/m²K⁴);

S - aria suprafetei exterioare a corpului radiant (m²);

T - temperatura absoluta (K);

τ - timpul (h).

Fig. 14. Josef Stefan Fig. 15. Ludwig Boltzmann (1844

Coeficientul de radiatie c_r reprezinta, din punct de vedere numeric, cantitatea de caldura radiata de 1 m² din suprafata unui material, intr-o ora, la o temperatura a suprafetei radiante de 100 K.

Cantitatea de caldura transmisa prin radiatie de la aerul interior la suprafata interioara a unui perete poate fi determinata cu relatia:

(14)

unde T_i, T_si reprezinta temperatura aerului interior, respectiv temperatura suprafetei interioare a peretelui (K).

In mod analog, cantitatea de caldura transmisa prin radiatie de la suprafata exterioara a unui perete la aerul exterior se poate exprima cu relatia:

(15)

In relatia (15), T_se si T_e reprezinta temperatura suprafetei exterioare a peretelui, respectiv temperatura aerului exterior (K).

Din punct de vedere al calculului practic este mai convenabil sa se exprime cantitatea de caldura sub forma unei expresii care sa contina temperatura la puterea I-a. Acest lucru se poate obtine printr-un artificiu matematic, inlocuind coeficientii de radiatie c_r cu coeficienti echivalenti de radiatie α_r, astfel:

(16a)

(16b)

in care:

(17)