By : admin

læringsmål

Ved udgangen af dette afsnit vil du kunne:

  • diskutere varmeoverførsel ved stråling.
  • forklare effekten af forskellige materialer.

Du kan mærke varmeoverførslen fra en ild og fra solen. På samme måde kan du nogle gange fortælle, at ovnen er varm uden at røre ved døren eller kigge inde—det kan bare varme dig, når du går forbi. Rummet mellem Jorden og Solen er stort set tomt uden mulighed for varmeoverførsel ved konvektion eller ledning., I disse eksempler overføres varme ved stråling. Det vil sige, den varme krop udsender elektromagnetiske bølger, der absorberes af vores hud: der kræves ikke noget medium for, at elektromagnetiske bølger kan formere sig. Forskellige navne bruges til elektromagnetiske bølger med forskellige bølgelængder: radiobølger, mikrobølger, infrarød stråling, synligt lys, ultraviolet stråling, røntgenstråler og gammastråler.

Figur 1. Det meste af varmeoverførslen fra denne ild til observatørerne er gennem infrarød stråling., Det synlige lys, selvom det er dramatisk, overfører relativt lidt termisk energi. Konvektion overfører energi væk fra observatørerne, når varm luft stiger, mens ledningen er ubetydelig langsom her. Hud er meget følsom over for infrarød stråling, så du kan mærke tilstedeværelsen af en brand uden at se direkte på den. (credit: Daniel X. O ‘ neil)

Den energi af elektromagnetisk stråling afhænger af bølgelængden (farven) og varierer over et bredt spektrum: en mindre bølgelængde (eller højere frekvens) svarer til en højere energi., Fordi mere varme udstråles ved højere temperaturer, ledsages en temperaturændring af en farveændring. Tag for eksempel et elektrisk element på en komfur, der lyser fra rød til orange, mens det højere temperaturstål i en højovn lyser fra gul til hvid. Den stråling, du føler, er for det meste infrarød, hvilket svarer til en lavere temperatur end det elektriske element og stålet. Den udstrålede energi afhænger af dens intensitet, som er repræsenteret i figur 2 ved fordelingens højde.,

elektromagnetiske bølger forklarer mere om det elektromagnetiske spektrum, og introduktion til kvantefysik diskuterer, hvordan faldet i bølgelængde svarer til en stigning i energi.

Figur 2. (a) en graf over spektre af elektromagnetiske bølger, der udsendes fra en ideel radiator ved tre forskellige temperaturer. Intensiteten eller hastigheden af strålingsemission stiger dramatisk med temperaturen, og spektret skifter mod de synlige og ultraviolette dele af spektret., Den skraverede del angiver den synlige del af spektret. Det er tydeligt, at skiftet mod ultraviolet med temperatur gør det synlige udseende skift fra rød til hvid til blå, når temperaturen stiger. (b) BEMÆRK De farvevariationer, der svarer til variationer i flammetemperaturen. (credit: Tuohirulla)

Figur 3. Denne illustration viser, at det mørkere fortov er varmere end det lysere fortov (meget mere af isen til højre er smeltet), selvom begge har været i sollyset i samme tid., Fortovets termiske ledningsevne er de samme.

alle objekter absorberer og udsender elektromagnetisk stråling. Hastigheden af varmeoverførsel ved stråling bestemmes i vid udstrækning af objektets farve. Sort er den mest effektive, og hvid er den mindst effektive. Mennesker, der lever i varme klimaer, undgår generelt at bære sort tøj ,for eksempel (se Hjemmeeksperiment: temperatur i solen). Tilsvarende vil sort asfalt på en parkeringsplads være varmere end tilstødende grå fortov på en sommerdag, fordi sort absorberer bedre end grå., Det modsatte er også sandt-sort udstråler bedre end grå. På en klar sommernat vil asfalten således være koldere end den grå fortov, fordi sort udstråler energien hurtigere end grå. En ideel radiator er den samme farve som en ideel absorber og fanger al den stråling, der falder på den. I modsætning hertil er hvid en dårlig absorber og er også en dårlig radiator. En hvid genstand afspejler al stråling, som et spejl. (En perfekt, poleret hvid overflade er spejllignende i udseende, og et knust spejl ser hvidt ud.,)

grå objekter har en ensartet evne til at absorbere alle dele af det elektromagnetiske spektrum. Farvede objekter opfører sig på lignende, men mere komplekse måder, hvilket giver dem en bestemt farve i det synlige område og kan gøre dem specielle i andre områder af det usynlige spektrum. Tag for eksempel den stærke absorption af infrarød stråling fra huden, hvilket gør det muligt for os at være meget følsomme over for det.

Figur 4. En sort genstand er en god absorber og en god radiator, mens en hvid (eller sølv) genstand er en dårlig absorber og en dårlig radiator., Det er som om stråling indefra reflekteres tilbage i sølvobjektet, mens stråling fra indersiden af den sorte genstand “absorberes”, når den rammer overfladen og befinder sig på ydersiden og udsendes stærkt.

Den sats af varmeoverførsel ved stråling, der udsendes er bestemt af Stefan-Boltzmanns lov af stråling:

\displaystyle\frac{Q}{t}=\sigma{e}PÅ^{4}\\,

hvor σ = 5.67 × 10-8 J/s · m2 · K4 er Stefan-Boltzmanns konstant, A er arealet af objektet, og T er den absolutte temperatur i kelvin., Symbolet e står for objektets emissivitet, hvilket er et mål for, hvor godt det udstråler. En ideel jet-sort (eller sort krop) radiator har e = 1, mens en perfekt reflektor har e = 0. Reelle objekter falder mellem disse to værdier. Tag for eksempel filamentsolfram pære filamenter, som har en e på omkring 0,5, og carbon black (et materiale, der anvendes i printer toner), som har den (størst kendte) emissivitet på omkring 0,99.

strålingshastigheden er direkte proportional med den fjerde effekt af den absolutte temperatur—en bemærkelsesværdig stærk temperaturafhængighed., Endvidere er den udstrålede varme proportional med objektets overfladeareal. Hvis du slår fra hinanden i en brand, er der en mærkbar stigning i stråling på grund af en stigning i udstrålende overfladeareal.

Figur 5. En termograf af en del af en bygning viser temperaturvariationer, der angiver, hvor varmeoverførslen til ydersiden er mest alvorlig. Windowsindo .s er en vigtig region af varmeoverførsel til ydersiden af boliger. (kredit: U. S., Army)

hud er en bemærkelsesværdig god absorber og emitter af infrarød stråling, der har en emissivitet på 0,97 i det infrarøde spektrum. Således er vi alle næsten (jet) sorte i infrarød, på trods af de åbenlyse variationer i hudfarve. Denne høje infrarøde emissivitet er grunden til, at vi så let kan føle stråling på vores hud. Det er også grundlaget for brugen af natområder, der bruges af retshåndhævelse og militæret til at opdage mennesker. Selv små temperaturvariationer kan detekteres på grund af T4-afhængigheden., Billeder, kaldet termografer, kan bruges medicinsk til at detektere regioner med unormalt høj temperatur i kroppen, måske tegn på sygdom. Lignende teknikker kan bruges til at detektere varmelækager i hjem figur 5, optimere ydeevnen for højovne, forbedre komfortniveauer i arbejdsmiljøer og endda eksternt kortlægge Jordens temperaturprofil.

alle objekter udsender og absorberer stråling. Nettoraten for varmeoverførsel ved stråling (absorption minus emission) er relateret til både objektets temperatur og temperaturen i omgivelserne., Det antages, at et objekt med en temperatur T1 er omgivet af et miljø med ensartet temperatur T2, netto rente af varmeoverførsel ved stråling er

\displaystyle\frac{Q_{\text{net}}}{t}=\sigma{e}^\left(T^4_2-T^4_1\right)\\,

Tag-Hjem Eksperiment: Temperaturen i Solen

læg et termometer ud i solskin og beskytte det mod direkte sollys ved hjælp af en aluminiumsfolie. Hvad er læsningen? Fjern nu skjoldet, og bemærk hvad termometeret læser., Tag et lommetørklæde gennemblødt i neglelakfjerner, pakk det rundt om termometeret og læg det i solskinnet. Hvad læser termometeret?

jorden modtager næsten al sin energi fra solstråling og reflekterer noget af det tilbage i det ydre rum. Fordi solen er varmere end Jorden, er nettoenergistrømmen fra solen til jorden. Men hastigheden af energioverførsel er mindre end ligningen for den radiative varmeoverførsel ville forudsige, fordi solen ikke fylder himlen. Den gennemsnitlige emissivitet (E) af jorden er omkring 0.,65, men beregningen af denne værdi kompliceres af, at den meget reflekterende skydækning varierer meget fra dag til dag. Der er en negativ feedback (en, hvor en ændring giver en effekt, der modsætter sig denne ændring) mellem skyer og varmeoverførsel; større temperaturer fordamper mere vand for at danne flere skyer, der reflekterer mere stråling tilbage i rummet, hvilket reducerer temperaturen. Den ofte nævnte drivhuseffekt er direkte relateret til variationen af Jordens emissivitet med strålingstype (se figur 6)., Drivhuseffekten er et naturligt fænomen, der er ansvarlig for at give temperaturer, der er egnede til livet på jorden. Jordens relativt konstante temperatur er et resultat af energibalancen mellem den indkommende solstråling og den energi, der udstråles fra jorden. Det meste af den infrarøde stråling, der udsendes fra jorden, absorberes af kuldio .id (CO2) og vand (H2O) i atmosfæren og udstråles derefter tilbage til jorden eller ud i det ydre rum., Re-stråling tilbage til jorden fastholder sin overfladetemperatur omkring 40cc højere, end det ville være, hvis der ikke var nogen atmosfære, svarende til den måde glas øger temperaturerne i et drivhus.

Figur 6. Drivhuseffekten er et navn givet til fældefangst af energi i Jordens atmosfære ved en proces svarende til den, der anvendes i drivhuse. Atmosfæren, som vinduesglas, er gennemsigtig for indkommende synlig stråling og det meste af solens infrarøde. Disse bølgelængder absorberes af jorden og udsendes igen som infrarød., Da jordens temperatur er meget lavere end Solens, har den infrarøde stråling, der udstråles af jorden, en meget længere bølgelængde. Atmosfæren, som glas, fælder disse længere infrarøde stråler og holder jorden varmere, end den ellers ville være. Mængden af fældefangst afhænger af koncentrationer af sporgasser som kuldio .id, og en ændring i koncentrationen af disse gasser menes at påvirke jordens overfladetemperatur.,

drivhuseffekten, er også central for diskussionen om den globale opvarmning på grund af udledning af kuldioxid og metan (og andre såkaldte drivhusgasser) i Jordens atmosfære fra industriel produktion og landbrug. Ændringer i det globale klima kan føre til mere intense storme, nedbørsændringer (påvirker landbruget), reduktion af regnskovens biodiversitet og stigende havniveau.

Figur 7., Denne enkle, men effektive sol komfur bruger drivhuseffekten og reflekterende materiale til at fælde og fastholde solenergi. Lavet af billige, holdbare materialer, det sparer penge og arbejdskraft, og er af særlig økonomisk værdi i energifattige udviklingslande. (kredit: E. B. Kauai)

opvarmning og køling er ofte væsentlige bidragydere til energiforbruget i de enkelte hjem., Den nuværende forskningsindsats til udvikling af miljøvenlige boliger ganske ofte fokus på at reducere konventionel opvarmning og afkøling gennem en bedre byggematerialer, strategisk positionering windows til at optimere stråling får fra Solen, og åbne rum for at tillade luftcirkulation. Det er muligt at bygge en nul-energi hus, der giver mulighed for komfortable levende i de fleste dele af USA med varme og fugtige somre og kolde vintre.

omvendt er mørkt rum meget koldt, omkring 3K(−454 .f), så jorden udstråler energi ind i den mørke himmel., På grund af det faktum, at skyer har lavere emissivitet end enten oceaner eller landmasser, afspejler de noget af strålingen tilbage til overfladen, hvilket reducerer varmeoverførslen til mørkt rum, ligesom de reducerer varmeoverførslen til atmosfæren i løbet af dagen. Hastigheden af varmeoverførsel fra jord og græs kan være så hurtig, at frost kan forekomme på klare sommeraftener, selv i varme breddegrader.

kontroller din forståelse

Hvad er ændringen i hastigheden af den udstrålede varme af et legeme ved temperaturen T1 = 20 ?c sammenlignet med når kroppen er ved temperaturen T2 = 40 ?c?,

opløsning

den udstrålede varme er proportional med den fjerde effekt af den absolutte temperatur. Fordi T1 = 293 K og T2 = 313 K, øges varmeoverførselshastigheden med cirka 30 procent af den oprindelige hastighed.

Karriereforbindelse: høring om energibesparelser

energiomkostningerne antages generelt at forblive meget høje i en overskuelig fremtid. Således vil passiv kontrol af varmetab i både kommercielle og indenlandske boliger blive stadig vigtigere., Energikonsulenter måler og analyserer strømmen af energi ind og ud af huse og sikrer, at en sund udveksling af luft opretholdes inde i huset. Jobmulighederne for en energikonsulent er stærke.

problemløsningsstrategier for metoderne til varmeoverførsel

  1. Undersøg situationen for at bestemme, hvilken type varmeoverførsel der er involveret.
  2. Identificer typen af varmeoverførsel-ledning, konvektion eller stråling.
  3. Identificer nøjagtigt, hvad der skal bestemmes i problemet (Identificer de ukendte). En skriftlig liste er meget nyttig.,
  4. lav en liste over, hvad der er givet eller kan udledes af problemet som angivet (Identificer de kendte).
  5. Løs den relevante ligning for den mængde, der skal bestemmes (det ukendte).
  6. til ledning, ligning \displaystyle\frac {}} {t}=\frac{kA \ venstre (t_2-T_1\højre)}{d}\\ er passende. Tabel 1 i ledningsføring lister termiske ledningsevne. Til konvektion skal du bestemme mængden af flyttet stof og bruge ligning = = mctt til at beregne varmeoverførslen involveret i temperaturændringen af væsken., Hvis en faseændring ledsager konvektion, er ligning = = mLf eller ml = mLv passende for at finde den varmeoverførsel, der er involveret i faseændringen. Tabel 1 i faseændring og Latent varme viser oplysninger, der er relevante for faseændring. For stråling, ligning \ displaystyle\frac{__{\te .t{net}}}{t}=\Sigma{e}A\venstre(t^4_2-t^4_1\højre)\\ giver netto varmeoverførselshastighed.
  7. Indsæt kno .ns sammen med deres enheder i den relevante ligning og få numeriske løsninger komplet med enheder.
  8. kontroller svaret for at se, om det er rimeligt. Giver det mening?,

– Afsnittet Resumé

Konceptuelle Spørgsmål

  1. Når du ser et dagtimerne cirkus i en stor, mørk-farvet telt, du mening betydelig heat transfer fra teltet. Forklar hvorfor dette sker.satellitter designet til at observere stråling fra koldt (3 K) mørkt rum har sensorer, der er skygget fra Solen, Jorden og Månen, og som afkøles til meget lave temperaturer. Hvorfor skal sensorerne være ved lav temperatur?
  2. Hvorfor er overskyede nætter generelt varmere end klare?,
  3. Hvorfor er termometre, der bruges i vejrstationer, afskærmet fra solskin? Hvad måler et termometer, hvis det er afskærmet fra solskinnet, og også hvis det ikke er det?
  4. i gennemsnit ville Jorden være varmere eller køligere uden atmosfæren? Forklar dit svar.

Problemer & Øvelser

  1. Ved hvad net sats ikke varme, der stråler ud fra en 275 m2 sort tag på en nat, når taget temperaturen er 30.0 ° C, og den omgivende temperatur er på 15,0 * C? Tagets emissivitet er 0,900.,
  2. (a) kirsebærrøde gløder i en pejs er ved 850 andc og har et eksponeret areal på 0.200 m2 og en emissivitet på 0.980. Det omkringliggende rum har en temperatur på 18,0 .c. Hvis 50% af strålingsenergien kommer ind i rummet, hvad er nettoraten for strålevarmeoverførsel i kilo ?att? (B) støtter dit svar påstanden om, at det meste af varmeoverførslen til et rum ved en pejs kommer fra infrarød stråling?
  3. stråling gør det umuligt at stå tæt på en varm lavastrøm. Beregn varmeoverførselshastigheden ved stråling fra 1, 00 m2 1200 freshc frisk lava til 30.,0CC omgivelser, forudsat lavas emissivitet er 1,00.
  4. (a) Beregn varmeoverførselshastigheden ved stråling fra en bilradiator ved 110cc til et 50,0 environmentc miljø, hvis radiatoren har en emissivitet på 0,750 og et 1,20 m2 Overfladeareal. (B) er dette en væsentlig del af bilmotorens varmeoverførsel? For at besvare dette skal du antage en hestekræfter på 200 HK(1, 5 k.) og effektiviteten af bilmotorer som 25%.
  5. Find nettoraten for varmeoverførsel ved stråling fra en skiløber, der står i skyggen, givet følgende., Hun er helt klædt i hvidt (hoved til fod, inklusive en skimaske), tøjet har en emissivitet på 0,200 og en overfladetemperatur på 10,0 .c, omgivelserne er ved−15,0 .c, og hendes overfladeareal er 1,60 m2.
  6. Antag at du går ind i en sauna, der har en omgivelsestemperatur på 50,0 .c. (A) Beregn varmeoverførselshastigheden til dig ved stråling, da din hudtemperatur er 37,0cc, hudens emissivitet er 0,98, og overfladearealet på din krop er 1,50 m2., (B) hvis alle andre former for varmeoverførsel er afbalanceret (netto varmeoverførslen er nul), med hvilken hastighed vil din kropstemperatur stige, hvis din masse er 75,0 kg?
  7. termografi er en teknik til måling af strålevarme og detektering af variationer i overfladetemperaturer, der kan være medicinsk, miljømæssigt eller militært meningsfuldt.(a) Hvad er den procentvise stigning i varmeoverførselshastigheden ved stråling fra et givet område ved en temperatur på 34,0cc sammenlignet med den ved 33,0 ?c, som for eksempel på en persons hud?, (B) Hvad er den procentvise stigning i varmeoverførslen ved stråling fra et givet område ved en temperatur på 34,0cc sammenlignet med den ved 20,0 ?c, som for varme og kølige bilhætter?

    Figur 8. Kunstnerens gengivelse af en termograf af en patients overkrop, der viser fordelingen af varme repræsenteret af forskellige farver.

  8. solen udstråler som en perfekt sort krop med en emissivitet på nøjagtigt 1. (a) beregne solens overfladetemperatur, da det er en kugle med en 7.,00 108 108-m radius, der udstråler 3,80 10 1026.i 3-K rum. (b) hvor stor kraft udstråler solen pr. kvadratmeter af dens overflade? (C) hvor meget strøm i squareatt per kvadratmeter er denne værdi på afstand af jorden, 1,50 101 1011 m væk? (Dette tal kaldes solkonstanten.)
  9. en stor lava fra en vulkan er ophørt med at strømme og køler langsomt. Lavaens indre er ved 1200 .c, dens overflade er ved 450 .c, og omgivelserne er ved 27,0 .c. a) beregne den hastighed, hvormed energi overføres ved stråling fra 1.,00 m2 lava ud i omgivelserne, forudsat at emissiviteten er 1,00. (B) Antag varmeledning til overfladen sker med samme hastighed. Hvad er lavaens tykkelse mellem 450 surfacec-overfladen og 1200 interiorc-interiøret, forudsat at lavaens ledningsevne er den samme som mursten?
  10. Beregn temperaturen hele himlen skulle være for at overføre energi ved stråling ved 1000 m2/m2—om den hastighed, hvormed solen udstråler, når den er direkte overhead på en klar dag., Denne værdi er den effektive temperatur på himlen, en slags gennemsnit, der tager højde for det faktum, at Solen kun optager en lille del af himlen, men er meget varmere end resten. Antag, at kroppen, der modtager energien, har en temperatur på 27,0 .c.
  11. (a) en shirtløs rytter under et cirkustelt føler varmen udstrålende fra den solbelyste del af teltet. Beregn temperaturen på teltdugen baseret på følgende oplysninger: den shirtløse rytterens hudtemperatur er 34,0 .c og har en emissivitet på 0,970. Det udsatte område af huden er 0,400 m2., Han modtager stråling med en hastighed på 20,0 W-halvdelen af hvad du ville beregne, hvis hele regionen bag ham var varm. Resten af omgivelserne ligger ved 34,0cc. (B) diskutere, hvordan denne situation ville ændre sig, hvis den solbelyste side af teltet var næsten ren hvid, og hvis rytteren var dækket af en hvid tunika.
  12. integrerede koncepter. En 30,0cc dag den relative luftfugtighed er 75,0%, og den aften temperaturen falder til 20,0 .c, langt under dugpunktet. (a) Hvor mange gram vand kondenserer fra hver kubikmeter luft? (b) hvor meget varmeoverførsel sker ved denne kondensation?, (C) hvilken temperaturstigning kan dette medføre i tør luft?
  13. integrerede koncepter. Store meteorer rammer undertiden jorden og omdanner det meste af deres kinetiske energi til termisk energi. (a) Hvad er den kinetiske energi af en 109 kg meteor bevæger sig på 25,0 km/s? (B) hvis denne meteor lander i et dybt hav, og 80% af dens kinetiske energi går i opvarmningsvand, hvor mange kilo vand kunne den hæve med 5,0 ?c? c) drøfte, hvordan meteorens energi sandsynligvis vil blive deponeret i havet, og de sandsynlige virkninger af denne energi.
  14. integrerede koncepter., Frosset affald fra flytoiletter er undertiden ved et uheld blevet skubbet ud i stor højde. Normalt bryder det op og spredes over et stort område, men nogle gange holder det sammen og rammer jorden. Beregn massen af 0CC is, der kan smeltes ved omdannelse af kinetisk og gravitationspotentiale energi, når et 20.0 kg stykke frosset affald frigives i 12.0 km højde, mens det bevæger sig ved 250 m/s og rammer jorden ved 100 m / s (da mindre end 20.0 kg smelter, resulterer et betydeligt rod).
  15. integrerede koncepter., (a) et stort elektrisk kraftanlæg producerer 1600 m. “spildvarme”, som spredes til miljøet i køletårne ved at opvarme luft, der strømmer gennem tårnene med 5,00 .c. Hvad er den nødvendige strømningshastighed for luft i m3 / s? (B) stemmer dit resultat overens med de store køletårne, der bruges af mange store elektriske kraftværker?
  16. integrerede koncepter. (a) Antag, at du starter en træning på en Stairmaster, der producerer strøm i samme hastighed som at klatre 116 trapper pr. Forudsat at din masse er 76,0 kg og din effektivitet er 20.,0%, Hvor lang tid tager det for din kropstemperatur at stige 1.00 ?c, hvis alle andre former for varmeoverførsel ind og ud af din krop er afbalanceret? (B) stemmer dette overens med din erfaring med at blive varm under træningen?
  17. integrerede koncepter. En 76,0 kg person, der lider af hypotermi, kommer indendørs og ryster kraftigt. Hvor lang tid tager det varmeoverførslen at øge personens kropstemperatur med 2,00cc, hvis alle andre former for varmeoverførsel er afbalanceret?
  18. integrerede koncepter. I visse store geografiske regioner er den underliggende klippe varm., Brønde kan bores og vand cirkuleres gennem klippen til varmeoverførsel til produktion af elektricitet. a) beregne den varmeoverførsel, der kan udvindes ved at afkøle 1,00 km3 granit med 100cc. (B) Hvor lang tid vil det tage for varmeoverførsel med en hastighed på 300 m?, forudsat at ingen varmeoverførsler tilbage til den 1.00km3 sten ved dens omgivelser?
  19. integrerede koncepter. Varmeoverførsler fra dine lunger og vejrtrækninger ved at fordampe vand. (A) Beregn det maksimale antal gram vand, der kan fordampes, når du indånder 1.,50 L 37CC luft med en oprindelig relativ luftfugtighed på 40,0%. (Antag, at kropstemperaturen også er 37 .c.) (b) hvor mange Joule energi kræves for at fordampe denne mængde? (C)Hvad er hastigheden for varmeoverførsel i watatt fra denne metode, hvis du trækker vejret med en normal hvilehastighed på 10,0 vejrtrækninger pr.
  20. integrerede koncepter. (a) Hvad er temperaturstigningen af vand, der falder 55,0 m over Niagara Falls? (B) hvilken brøkdel må fordampe for at holde temperaturen konstant?
  21. integrerede koncepter. Varm luft stiger, fordi den er udvidet., Det fortrænger derefter et større volumen kold luft, hvilket øger den flydende kraft på den. (a) beregne forholdet mellem den flydende kraft og vægten af 50,0 AIRC luft omgivet af 20,0 .c luft. (B) hvilken energi er nødvendig for at 1.00m3 luft kan gå fra 20.0cc til 50.0 ?c? (C) hvilken tyngdepotentiel energi opnås ved denne luftmængde, hvis den stiger 1,00 m? Vil dette medføre en betydelig afkøling af luften?
  22. urimelige resultater. (a) Hvad er temperaturstigningen for en 80,0 kg person, der bruger 2500 kcal mad på en dag med 95,0% af den energi, der overføres som varme til kroppen?, (b) hvad er urimeligt ved dette resultat? (C) hvilken forudsætning eller antagelse er ansvarlig?
  23. urimelige resultater. En lidt forstyrret Arktisk opfinder omgivet af is mener, at det ville være meget mindre mekanisk komplekst at afkøle en bilmotor ved at smelte is på den end ved at have et vandkølet system med en radiator, vandpumpe, frostvæske og så videre. (a) Hvis 80.0% af energien i 1.00 gal på benzin er omdannet til “spildvarme” i en bilmotor, hvor mange kg 0 isen kunne smelte? (B) er dette en rimelig mængde is at transportere rundt for at afkøle motoren i 1.,00 gal ben ?inforbrug? (C) hvilke præmisser eller antagelser er urimelige?
  24. urimelige resultater. (A) Beregn varmeoverførselshastigheden ved ledning gennem et vindue med et areal på 1.00 m2, der er 0.750 cm tykt, hvis dens indre overflade er Ved 22.0 .c og dens ydre overflade er ved 35.0 .c. (b) hvad er urimeligt ved dette resultat? (C) hvilken forudsætning eller antagelse er ansvarlig?
  25. urimelige resultater. En meteorit 1.20 cm i diameter, er så varmt, straks efter at trænge ind i atmosfæren, at det udstråler 20,0 kW strøm., (a) Hvad er dens temperatur, hvis omgivelserne er på 20,0cc og den har en emissivitet på 0,800? (b) hvad er urimeligt ved dette resultat? (C) hvilken forudsætning eller antagelse er ansvarlig?
  26. Konstruer dit eget Problem. Overvej en ny model af kommercielle fly har sine bremser testet som en del af den oprindelige flyvning tilladelse procedure. Flyet bringes til starthastighed og stoppes derefter med bremserne alene. Konstruer et problem, hvor du beregner temperaturforøgelsen af bremserne under denne proces., Du kan antage, at det meste af flyets kinetiske energi omdannes til termisk energi i bremserne og de omgivende materialer, og at det lille slipper ud. Bemærk, at bremserne forventes at blive så varme i denne procedure, at de antændes, og for at bestå testen skal flyet være i stand til at modstå ilden i nogen tid uden en generel forbrænding.
  27. Konstruer dit eget Problem. Overvej en person udendørs på en kold nat. Konstruer et problem, hvor du beregner varmeoverførselshastigheden fra personen ved alle tre varmeoverføringsmetoder., Lav de oprindelige omstændigheder således, at personen i ro vil have en netto varmeoverførsel og derefter beslutte, hvor meget fysisk aktivitet af en valgt type er nødvendig for at afbalancere varmeoverførselshastigheden. Blandt de ting at overveje er størrelsen af den person, type tøj, indledende stofskifte, sky betingelser, mængden af vand fordampet, og mængden af luft åndede. Selvfølgelig er der mange andre faktorer at overveje, og din instruktør ønsker måske at guide dig i de antagelser, der er foretaget, samt detaljerne i analysen og metoden til at præsentere dine resultater.,

    drivhuseffekten: opvarmning af Jorden, som på grund af gasser som kuldioxid og metan, der absorberer infrarød stråling fra Jordens overflade og stråle tilbage i alle retninger, således at man kan sende en brøkdel af det tilbage mod overfladen af Jorden

    net sats af varmeoverførsel ved stråling: er \displaystyle\frac{{Q}_{\text{net}}}{t}=\sigma eA\left({T}_{2}^{4}-{T}_{1}^{4}\right)\\

    stråling: energi, der overføres af elektromagnetiske bølger, som et direkte resultat af en temperaturforskel

    kun de Valgte Løsninger på Problemer & Øvelser

    1., -21, 7 k.; bemærk, at det negative svar indebærer varmetab til omgivelserne.

    3. – 266 k.

    5. – 36, 0

    7. a) 1, 31%; B) 20, 5%

    9. (a) -15.0 kW; (b) 4,2 cm

    11. (a) 48.5 ° C; (b) En ren hvid genstand reflekterer mere af den strålingsenergi, der rammer det, så et hvidt telt, der ville forhindre, at flere af sollys fra varme op på indersiden af teltet, og den hvide tunika ville forhindre, at varmen, som trådte ind i teltet fra varme rytter. Derfor vil temperaturen med et hvidt telt være lavere end 48.,5CC, og hastigheden af strålevarme overført til rytteren ville være mindre end 20.0 W..

    13. (a) 3 × 1017 J; (b) 1 × 1013 kg; (c) Når en stor meteor rammer havet, det skaber store flodbølger, sprede stor del af sin energi i form af kinetisk energi af vandet.

    15. (a) 3,44 105 105 m3/s; (b) dette svarer til 12 millioner kubikfod luft per sekund. Det er fantastisk. Dette er for stort til at blive spredt ved kun at opvarme luften med 5CC. Mange af disse køletårne bruger cirkulationen af køligere luft over varmere vand for at øge fordampningshastigheden., Dette ville tillade meget mindre mængder luft, der er nødvendig for at fjerne en så stor mængde varme, fordi fordampning fjerner større mængder varme, end det blev betragtet som delvis (a).

    17. 20, 9 min

    19. (a) 3.96 × 10-2 g; (b) 96.2 J; (c) 16.0 W

    21. (a) 1.102; (b) 2.79 × 104 J; (c) 12.6 J. Dette vil ikke medføre en betydelig afkøling af luften, fordi det er meget mindre end den energi, der findes i del (b), som er den energi, der kræves for at opvarme luften fra 20,0 ° C til 50,0 ºC.

    22. (a) 36CC; (B) enhver temperaturstigning større end omkring 3CC ville være urimeligt stor., I dette tilfælde vil personens endelige temperatur stige til 73CC(163 .f); (C) antagelsen om 95% varmeopbevaring er urimelig.

    24. (a) 1,46 k.; (b) meget stort effekttab gennem et vindue. En elektrisk varmelegeme af denne effekt kan holde et helt rum varmt; (C) vinduets overfladetemperaturer adskiller sig ikke med så stor en mængde som antaget. Den indre overflade bliver varmere, og den ydre overflade bliver køligere.

Articles

Skriv et svar

Din e-mailadresse vil ikke blive publiceret. Krævede felter er markeret med *