By : admin

Mål

Ved slutten av denne delen, vil du være i stand til å:

  • Diskutere varmeoverføring ved stråling.
  • Forklare effekt av ulike materialer.

Du kan føle deg overføre varme fra et bål og fra Solen. På samme måte, noen ganger kan du fortelle at ovnen er varm uten å berøre sin dør eller ute inne—det kan bare varme deg når du går av. Avstanden mellom Jorden og Solen er i stor grad tom, uten noen mulighet for varmeoverføring ved konveksjon eller ledningsforstyrrelser., I disse eksemplene, varme overføres ved stråling. Det er den varme kroppen sender ut elektromagnetiske bølger som er absorbert av huden vår: nei medium er nødvendig for elektromagnetiske bølger for å spire. Ulike navnene er brukt for elektromagnetiske bølger med forskjellige bølgelengder: radiobølger, mikrobølger, infrarød stråling, synlig lys, ultrafiolett stråling, røntgenstråling og gamma-stråler.

Figur 1. De fleste av varmeoverføring fra denne brannen å observatørene er via infrarød stråling., Synlig lys, selv om dramatiske, overføringer relativt lite termisk energi. Konveksjon overfører energi bort fra observatører som varm luft stiger, mens ledelse er neglisjerbart sakte her. Huden er svært sensitive for infrarød stråling, slik at du kan føle nærværet av en brann uten å se på den direkte. (credit: Daniel X. O ‘ neil fungert som rådgiver)

energi av elektromagnetisk stråling avhenger av bølgelengde (farge) og varierer over et bredt spekter: en mindre bølgelengde (eller frekvens) tilsvarer en høyere energi., Fordi mer varme stråler ved høyere temperaturer, en temperatur endringen er ledsaget av en fargeendring. Ta for eksempel en elektrisk element på en komfyr, som lyser fra rødt til oransje, mens de med høyere temperatur stål i en masovn lyser fra gul til hvit. Stråling som du føler er mest infrarød, noe som tilsvarer en lavere temperatur enn det som er elektrisk element og stål. Den utstrålte energien er avhengig av sin intensitet, som er representert i Figur 2 ved høyden av fordelingen.,

Elektromagnetiske Bølger forklarer mer om det elektromagnetiske spekteret og Innledning til kvantefysikk drøfter hvordan nedgangen i bølgelengde tilsvarer en økning i energi.

Figur 2. (a) En graf av spektra av elektromagnetiske bølger som sendes ut fra en ideell radiator på tre forskjellige temperaturer. Intensiteten eller frekvensen av stråling utslipp øker dramatisk med temperaturen, og spekteret skift mot synlig og ultrafiolett deler av spekteret., Den skraverte delen utgjør den synlige delen av spekteret. Det er tydelig at skifte mot ultrafiolett med temperatur gjør den synlig utseende skifte fra rød til hvit til blå som temperaturen øker. (b) Merk variasjoner i farge tilsvarende variasjoner i flamme temperatur. (credit: Tuohirulla)

Figur 3. Denne illustrasjonen viser at den mørkere fortau er varmere enn det lettere fortau (mye mer på isen på høyre har smeltet), selv om begge har vært i sollys til samme tid., Den termiske conductivities av fortau er den samme.

Alle objekter absorberer og avgir elektromagnetisk stråling. Frekvensen av varmeoverføring ved stråling er i stor grad bestemt av fargen på objektet. Svart er den mest effektive, og hvitt er den minst effektive. Folk som bor i varme klima generelt unngå iført svarte klær, for eksempel (se Ta-med-Hjem-Eksperiment: Temperatur i Solen). På samme måte, svart asfalt på en parkeringsplass vil være varmere enn tilstøtende grå fortauet på en sommerdag, fordi svart absorberer bedre enn grå., Det motsatte er også sant—svart utstråler bedre enn grå. Dermed, på en klar sommeren natt, asfalt vil være kaldere enn den grå fortauet, fordi svart utstråler energi raskere enn grå. En utmerket radiator er samme farge som en ideell absorbent, og fanger all stråling som faller på det. I kontrast, hvit er en dårlig absorbent og er også en dårlig radiator. En hvit gjenstand reflekterer all stråling, som et speil. (En perfekt, polert hvit overflate er speil-lignende utseende, og et knust speil ser hvitt.,)

Grå objekter har en uniform evne til å absorbere alle deler av det elektromagnetiske spekteret. Fargede objekter oppfører seg i lignende, men mer komplekse måter, noe som gir dem en bestemt farge i det synlige området, og kan gjøre dem spesielt i andre områder av nonvisible spektrum. Ta for eksempel den sterke absorpsjon av infrarød stråling av huden, noe som tillater oss å være svært følsomme for det.

Figur 4. En svart objekt er en god absorbent og en god radiator, mens en hvit (eller sølv) objektet er en dårlig absorbent og en dårlig radiator., Det er som om stråling fra innsiden blir reflektert tilbake i sølv objekt, mens stråling fra innsiden av svart objekt er «absorbert» når den treffer overflaten og finner seg selv på utsiden og er sterkt slippes ut.

frekvensen av varmeoverføring ved stråling som avgis er bestemt av Stefan-Boltzmann lov av stråling:

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

hvor σ = 5.67 × 10-8 J/s · m2 · K4 er Stefan-Boltzmann konstant, A er arealet av objektet, og T er den absolutte temperaturen i kelvin., Symbolet e står for emissivity av objektet, som er et mål på hvor godt det utstråler. En ideell jet-svart (eller svart legeme) radiator har e = 1, mens en perfekt reflektor har e = 0. Ekte gjenstander faller mellom disse to verdiene. Ta, for eksempel, tungsten lyspære filamenter som har en e på ca 0,5, og carbon black (et materiale som brukes i skriveren toner), som har den (største kjente) emissivity av om 0.99.

stråling pris er direkte proporsjonal til den fjerde kraft av den absolutte temperatur—en utrolig sterk temperatur avhengighet., Videre, den utstrålte varme er proporsjonal med arealet av objektet. Hvis du slår hverandre kull i brann, det er en merkbar økning i stråling på grunn av en økning i utstrålende areal.

Figur 5. En thermograph av en del av en bygning som viser temperatur variasjoner, som angir hvor varmeoverføring til utsiden er mest alvorlig. Windows er en stor region av varmeoverføring til utsiden av boliger. (credit: USA, Hæren)

Hud er en bemerkelsesverdig god absorbent og stråler av infrarød stråling, ha en emissivity av 0.97 i det infrarøde spekteret. Dermed, vi er nesten alle (jet) svart i det infrarøde, på tross av åpenbare forskjeller i hudfarge. Dette høye infrarød emissivity er derfor vi kan så lett føle stråling på huden vår. Det er også grunnlag for bruk av natt scopes brukes av politi og militære til å oppdage menneskelig vesener. Selv små temperaturvariasjoner kan bli oppdaget på grunn av T4 avhengighet., Bildene, som kalles thermographs, kan brukes medisinsk til å oppdage områder med unormalt høy temperatur i kroppen, kanskje et tegn på sykdom. Liknende metoder kan brukes til å oppdage varme lekkasjer i boliger Figur 5, optimalisere ytelsen til masovnene, forbedre komfort i arbeidsmiljøer, og også eksternt kart Jordens temperatur profil.

Alle objekter som avgir og absorbere stråling. Netto pris av varmeoverføring ved stråling (absorpsjon minus utslipp) er knyttet til både temperaturen på objektet, og temperaturen i omgivelsene., Forutsatt at et objekt med en temperatur T1 er omgitt av et miljø med jevn temperatur T2, netto pris av varmeoverføring ved stråling er

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

Ta-med-Hjem-Eksperiment: Temperaturen i Sola

Plassere et termometer ute i solskinn og skjerme den mot direkte sollys med en aluminiumsfolie. Hva er lesing? Nå fjerne skjoldet, og legg merke til hva termometeret leser., Ta et lommetørkle dyppet i neglelakk remover, kan du pakke det rundt termometer og plasser det i solskinnet. Hva viser termometeret lese?

Jorden mottar nesten all sin energi fra stråling fra Solen, og gjenspeiler noe av den tilbake ut i verdensrommet. Fordi Solen er varmere enn Jorden, netto energi flux er fra Solen til Jorden. Men frekvensen av energi overføring er mindre enn ligningen for radiative varmeoverføring ville forutsi, fordi Solen ikke fyller himmelen. Gjennomsnittlig emissivity (e) av Jorden er rundt 0.,65, men beregning av denne verdien er komplisert av det faktum at svært reflekterende cloud dekning varierer sterkt fra dag til dag. Det er en negativ tilbakemelding (en som en endring gir en effekt som motvirker at endre) mellom skyene og varmeoverføring; større temperaturer fordamper mer vann for å danne mer skyer, som reflekterer mer stråling tilbake til verdensrommet, redusere temperaturen. Ofte nevnt drivhuseffekten er direkte relatert til variasjon av Jordens emissivity med stråling type (se Figur 6)., Drivhuseffekten er et naturlig fenomen som er ansvarlig for å gi temperaturer egnet for liv på Jorden. Jorden er relativt konstant temperatur er et resultat av energi balansen mellom innkommende solstråling og utstrålt energi fra Jorden. De fleste av den infrarøde strålingen fra Jorda blir absorbert av karbondioksid (CO2) og vann (H2O) i atmosfæren, og deretter re-stråler tilbake til Jorden eller i verdensrommet., Re-stråling tilbake til Jorden opprettholder sin overflate temperatur om 40 ºC høyere enn den ville vært hvis det var ingen atmosfære, på samme måte som glasset øker temperaturen i et drivhus.

Figur 6. Drivhuseffekten er et navn gitt til fangst av energi i Jordens atmosfære med en prosess som ligner den som brukes i veksthus. Atmosfæren, som vindusglass, er åpen for innkommende synlig stråling, og de fleste av Solens infrarød. Disse bølgelengdene blir absorbert av Jorden og re-slippes ut som infrarød., Siden Jordens temperatur er mye lavere enn for Solen, den infrarøde stråler av Jorden har en mye lengre bølgelengde. Atmosfæren, som glass, feller disse lenger infrarøde stråler, holde Jorden varmere enn den ellers ville være. Mengden av fangst avhenger av konsentrasjoner av spor gasser som karbondioksid, og en endring i konsentrasjonen av disse gassene som er antatt å påvirke Jordens overflatetemperatur.,

drivhuseffekten er også sentralt i diskusjonen om global oppvarming på grunn av utslipp av karbondioksid og metan (og andre såkalte drivhusgasser) inn i Jordens atmosfære fra industriell produksjon og oppdrett. Endringer i det globale klima kan føre til mer intense stormer, nedbør endringer (som påvirker landbruket), reduksjon i regnskogen biologisk mangfold, og stigende havnivå.

Figur 7., Denne enkle, men effektive solenergi komfyren bruker drivhuseffekten og reflekterende materiale til å fange og beholde solenergi. Laget av billig, holdbare materialer, det sparer både penger og arbeidskraft, og er av særlig økonomisk verdi i energi-fattige utviklingsland. (credit: E. B. Kauai)

Oppvarming og kjøling er ofte betydelige bidragsytere til energi bruk i det enkelte hjem., Aktuell forskning innsats i utvikling av miljøvennlige boliger ganske ofte fokus på å redusere konvensjonell oppvarming og kjøling gjennom bedre byggematerialer, strategisk posisjonering windows for å optimalisere stråling få fra Sola, og å åpne områder for å tillate konveksjon. Det er mulig å bygge en null-energi hus som gjør det mulig for komfortable bor i de fleste deler av Usa med varme og fuktige somre og kalde vintre.

Omvendt, mørke rommet er veldig kaldt, ca 3K(−454ºF), slik at Jorden utstråler energi inn i den mørke himmelen., På grunn av det faktum at skyene har lavere emissivity enn både hav eller land massene, de gjenspeiler noen av stråling tilbake til overflaten, noe som reduserer varmeoverføring til mørk plass, akkurat som de i stor grad redusere overføre varme til atmosfæren i løpet av dagen. Frekvensen av å overføre varme fra jord og gress kan være så rask som frost kan forekomme på klare sommerkvelder, selv i varme breddegrader.

Sjekk Din Forståelse

Hva er endring i frekvensen av utstrålt varme av en kropp i temperatur T1 = 20ºC i forhold til når kroppen er på temperaturen T2 = 40 ºC?,

Løsning

Den utstrålte varme er proporsjonal til den fjerde kraft av den absolutte temperaturen. Fordi T1 = 293 K og T2 = 313 K, frekvensen av varmeoverføring øker med om lag 30 prosent av opprinnelig pris.

Karriere Tilkobling: enøk Konsultasjon

kostnadene for energi er generelt antatt å være svært høy i overskuelig fremtid. Dermed passiv kontroll av varmetap i både kommersielle og innenlandske bolig vil bli stadig viktigere., Energi konsulenter måle og analysere flyten av energi inn og ut av hus og sikre at en sunn utveksling av luft er beholdt inne i huset. Jobben utsiktene for en energi-konsulent er sterk.

problemløsende Strategier for Metodene til å Overføre Varme

  1. Undersøke situasjonen for å finne ut hvilken type varmeoverføring er involvert.
  2. Identifisere typen(e) av varmeoverføring—ledning, konveksjon, eller stråling.
  3. Identifisere nøyaktig hva som må bestemmes i problemet (identifisere ukjente). En skriftlig liste er svært nyttig.,
  4. Lag en liste over hva som er gitt eller kan utledes fra problemet som nevnt (identifisere ting vi kjenner).
  5. Løse den aktuelle ligningen for den mengde som skal bestemmes (de ukjente).
  6. For gjennomføring, ligning \displaystyle\frac{Q}{t}=\frac{kA\left(T_2-T_1\right)}{d}\\ er hensiktsmessig. Tabell 1 i Conduction lister termisk conductivities. For konveksjon, bestemme mengden av materie flyttet og bruke ligningen Q = mcΔT å beregne varmeoverføring involvert i temperatur endring av væske., Hvis en fase endre følger konveksjon, ligning Q = mLf eller Q = mLv er hensiktsmessig for å finne varmeoverføring involvert i fase endre. Tabell 1 i Fase Endre og Latent Varme viser informasjon som er relevant for å fase endre. For stråling, ligning \displaystyle\frac{Q_{\text{netto}}}{t}=\sigma{e}A\left(T^4_2-T^4_1\right)\\ gir netto varmeoverføring pris.
  7. Sett ting vi kjenner sammen med sine enheter inn i riktig ligning og få numeriske løsninger, komplett med enheter.
  8. Sjekk svaret for å se om det er fornuftig. Er det fornuftig?,

– Delen Oppsummering

Konseptuelle Spørsmål

  1. Når du ser på en dagtid circus i en stor, mørk-farget telt, du forstand betydelig varmeoverføring fra teltet. Forklar hvorfor dette oppstår.
  2. Satellitter designet for å observere stråling fra kalde (3 K) mørke rommet har sensorer som er skyggelagt fra Solen, Jorden og Månen, og som er kjølt ned til svært lave temperaturer. Hvorfor må sensorene være på lave temperaturer?
  3. Hvorfor er overskyet netter generelt varmere enn klare seg?,
  4. Hvorfor er termometre som er brukt i værstasjoner skjermet fra solskinnet? Hva gjør et termometer for å måle om det er skjermet fra solskinnet og også hvis det ikke?
  5. i gjennomsnitt, ville Jorden bli varmere eller kaldere uten atmosfære? Forklar svaret ditt.

Problemer & Øvelser

  1. På hva netto pris gjør varme stråle ut fra et 275 m2 med svart tak på en natt når taket er temperaturen er 30.0 ºC og omgivelsestemperaturen er 15.0 ºC? Den emissivity av taket er 0.900.,
  2. (a) Cherry-red glør i en peis er på 850ºC og har et utsatt område av 0.200 m2 og en emissivity av 0.980. Det omkringliggende rommet har en temperatur på 18.0 ºC. Hvis 50% av strålende energi går inn i rommet, hva er netto pris av strålende varme overføring i kilowatt? (b) Ikke svaret støtte den påstand at de fleste av varmetransport inn i et rom med en peis kommer fra infrarød stråling?
  3. Stråling gjør det umulig å stå i nærheten av en varme lavaen. Beregne pris på varmeoverføring ved stråling fra 1,00 m2 av 1200ºC frisk lavaen til 30.,0 omgivelser, forutsatt at laven er emissivity er 1,00.
  4. (a) Beregne frekvensen av varmeoverføring ved stråling fra en bil radiator på 110ºC inn i en 50.0 ºC miljø, hvis radiatoren har en emissivity av 0.750 og en 1.20-m2 areal. (b) Er dette en betydelig andel av varmeoverføring ved en bil motor? For å besvare dette, anta en hestekrefter på 200 kw(1,5 kW) og effektiviteten av bilmotorer som 25%.
  5. Finn den netto pris av varmeoverføring ved stråling fra en skiløper som står i skyggen, gitt følgende., Hun er helt kledd i hvite (hode til fot, inkludert en ski maske), klærne har en emissivity av 0.200 og en overflate temperatur på 10,0 ºC, omgivelsene er på−15.0 ºC, og hennes areal er 1,60 m2.
  6. Tenk deg at du går inn i en sauna som har en omgivelsestemperatur på 50.0 ºC. (a) Beregne frekvensen av varmeoverføring til deg av stråling gitt din hud temperatur er 37.0 ºC, den emissivity av huden er 0,98, og overflaten av kroppen er 1,50 m2., (b) Hvis alle andre former for varmeoverføring er balansert (netto varmeoverføring er null), til hvilken pris vil kroppstemperaturen øke hvis massen er 75.0 kg?
  7. Termografering er en teknikk for måling av strålevarme og påvise variasjoner i overflaten temperaturer som kan være helsemessig, miljømessig, eller militært meningsfulle.(a) Hva er det prosent økning i frekvensen av varmeoverføring ved stråling fra et gitt område ved en temperatur på 34.0 ºC sammenlignet med det 33.0 ºC, for eksempel på en persons hud?, (b) Hva er det prosent økning i frekvensen av varmeoverføring ved stråling fra et gitt område ved en temperatur på 34.0 ºC sammenlignet med det på 20,0 ºC, slik som for varm og kul bil hetter?

    Figur 8. Artist ‘ s gjengivelse av en thermograph av pasientens overkroppen, som viser fordelingen av varme representert med forskjellige farger.

  8. Solen stråler som en perfekt svart legeme med en emissivity av nøyaktig 1. (a) Beregne overflatetemperaturen på Sola, gitt at det er en kule med en 7.,00 × 108 m radius som utstråler 3.80 × 1026 W i 3-K-space. (b) Hvor mye makt er Solen stråle per kvadratmeter av overflaten? (c) Hvor mye kraft i watt per kvadratmeter er at verdien på avstand av Jorden, 1.50 × 1011 m unna? (Dette tallet er kalt solar konstant.)
  9. En stor kropp av lava fra vulkanen har stoppet strømmer og er sakte avkjøling. Det indre av lava på 1200ºC, overflaten er på 450ºC, og omgivelsene er på til 27,0 ºC. (a) Beregne hastigheten som energien er overført ved stråling fra 1.,00 m2 av overflaten som lava i omgivelsene, forutsatt at emissivity er 1,00. (b) Anta at varmeoverføringen til overflaten oppstår på samme pris. Hva er tykkelsen av lava mellom 450ºC overflate og 1200ºC interiør, forutsatt at laven er konduktivitet er den samme som for murstein?
  10. Beregne temperatur hele himmelen ville ha til å være i orden å overføre energi av stråling på 1000 W/m2—om pris på hvor Solen utstråler når det er rett ovenfra på en klar dag., Denne verdien er den effektive temperaturen på himmelen, et slags gjennomsnitt som tar hensyn til det faktum at Solen opptar bare en liten del av himmelen, men er mye varmere enn resten. Anta at kroppen mottar energien har en temperatur på til 27,0 ºC.
  11. (a) En skjorteløs rider under et sirkus telt føler varmen som stråler fra den solfylte delen av teltet. Beregne temperaturen på teltduk basert på følgende informasjon: skjorteløs rider ‘ s hud temperatur er 34.0 ºC og har en emissivity av 0.970. Det synlige området av huden er 0.400 m2., Han mottar stråling på frekvensen av 20.0 W—halvparten av hva du vil beregne om hele regionen bak ham var det varmt. Resten av omgivelsene er på 34.0 ºC. (b) Drøft hvordan denne situasjonen ville endre seg hvis den solfylte siden av teltet var nesten helt hvite og hvis rytteren var dekket av en hvit tunika.
  12. Integrerte Konsepter. En 30.0 ºC dag den relative luftfuktigheten er 75.0%, og at kvelden synker temperaturen til å 20.0 ºC, godt under duggpunktet. (a) Hvor mange gram vann kondenserer fra hver kubikkmeter luft? (b) Hvor mye varme overføring skjer ved denne kondens?, (c) Hva temperaturen øker kan dette føre til i tørr luft?
  13. Integrerte Konsepter. Store meteorer noen ganger slå Jorden, konvertere det meste av sin kinetiske energi til termisk energi. (a) Hva er den kinetiske energien til en 109 kg meteor flytte på 25.0 km/s? (b) Hvis dette meteor lander i et dypt hav og 80% av den kinetiske energien går til oppvarming av vann, hvor mange kilo av vann kan det øke ved 5.0 ºC? (c) Drøft hvordan energien meteor er mer sannsynlig å være avsatt i havet og sannsynlige effekter av energien.
  14. Integrerte Konsepter., Frosne avfall fra fly toaletter har noen ganger feilaktig blitt kastet ut i stor høyde. Vanligvis er det bryter opp og sprer seg over et stort område, men noen ganger holder sammen og treffer bakken. Beregne massen av 0ºC is som kan være smeltet ved konvertering av kinetisk og gravitasjonsfelt potensiell energi når en 20.0 kg stykke av frosne avfall er utgitt på 12.0 km høyde mens du flytter på 250 m/s og treffer bakken på 100 m/s (siden mindre enn 20.0 kg smelter, en betydelig rot resultater).
  15. Integrerte Konsepter., (a) En stor elektriske anlegget produserer 1600 MW av «varme», som er borte til miljøet i kjøletårn ved å varme opp luft som strømmer gjennom tårnene ved 5.00 ºC. Hva er nødvendig flyt luft i m3/s? (b) Er resultatet i tråd med den store kjøletårn brukt av mange store kraftverkene?
  16. Integrerte Konsepter. (a) Anta at du starter en treningsøkt på en Stairmaster, produsere kraft på samme pris som klatring 116 trapper per minutt. Vi antar at massen er 76.0 kg og effektivitet er 20.,0%, hvor lang tid vil det ta for kroppen temperaturen til å stige 1.00 ºC hvis alle andre former for varmeoverføring i og ut av kroppen din er balansert? (b) Er dette i samsvar med din erfaring i å bli varm mens du trener?
  17. Integrerte Konsepter. En 76.0-kg person som lider av hypotermi kommer innendørs og frysninger kraftig. Hvor lang tid tar det å overføre varme til å øke personens kroppstemperatur ved 2.00 ºC hvis alle andre former for varmeoverføring er balansert?
  18. Integrerte Konsepter. I enkelte store geografiske områder, er den underliggende rock er varmt., Brønner kan bores og vann sirkuleres gjennom fjellet for å overføre varme for generering av elektrisitet. (a) Beregne varmeoverføring som kan utvinnes ved kjøling 1.00 km3 av granitt ved 100ºC. (b) Hvor lang tid vil det ta for varmeoverføring ved hastighet på 300 MW, forutsatt at ingen varme overføringer tilbake til 1.00km3 av rock av omgivelsene?
  19. Integrerte Konsepter. Varme overføringer fra lungene og puste passasjer ved å fordampe vann. (a) Beregne maksimalt antall gram vann som kan være fordampet når du inhalerer 1.,50 L av 37ºC luften med en original relativ luftfuktighet på 40.0%. (Anta at kroppstemperaturen er også 37ºC.) (b) Hvor mange joule av energi er nødvendig for å fordampe dette beløpet? (c) Hva er frekvensen av varmeoverføring i watt fra denne metoden, hvis du puster på en normal hvile pris på 10,0 åndedrag per minutt?
  20. Integrerte Konsepter. (a) Hva er temperaturen øke med vann som faller 55.0 m over Niagara Falls? (b) Hva brøkdel må fordampe å holde temperaturen konstant?
  21. Integrerte Konsepter. Varm luft stiger fordi det har blitt utvidet., Det så kommer til et større volum av kald luft, noe som øker spenstig kraft på den. (a) Beregne forholdet mellom spenstig kraft til vekten av 50.0 ºC air omgitt av 20.0 ºC luft. (b) Hva energi er nødvendig for å forårsake 1.00m3 av luft for å gå fra 20,0 ºC til 50.0 ºC? (c) Hva gravitasjonsfelt potensiell energi er oppnådd gjennom denne volumet av luft hvis det stiger 1.00 m? Vil dette føre til en betydelig avkjøling av luften?
  22. Urimelige Resultater. (a) Hva er temperaturen øke med en 80.0 kg personen som bruker 2500 kcal av mat i en dag med 95.0% av energien overført som varme til kroppen?, (b) Hva er urimelig om dette resultatet? (c) Som premiss eller forutsetningen er ansvarlig?
  23. Urimelige Resultater. En litt skrullete Arktiske oppfinner omgitt av is mener det ville være mye mindre mekanisk komplekse til å kjøle en bilmotor ved smelting av is på det enn ved å ha en vannkjølt system med en radiator, vannpumpe, frostvæske, og så videre. (a) Hvis 80.0% av energien i 1.00 gal av bensin er omgjort til «varme» i en bilmotor, hvor mange kilo 0ºC is kan det smelte? (b) Er dette en rimelig mengde av is for å bære rundt for å kjøle motoren for 1.,00 gal av bensin forbruk? (c) Hva lokaler eller forutsetninger er urimelig?
  24. Urimelige Resultater. (a) Beregne frekvensen av varmeoverføring ved ledning gjennom et vindu med et areal på 1,00 m2 som er 0.750 cm tykk, hvis dens indre overflate er på 22.0 ºC og ytre overflaten er på 35.0 ºC. (b) Hva er urimelig om dette resultatet? (c) Som premiss eller forutsetningen er ansvarlig?
  25. Urimelige Resultater. En meteoritt 1.20 cm i diameter er så varmt rett etter å trenge gjennom atmosfæren at det stråler ut 20.0 kW strøm., (a) Hva er dens temperatur, hvis omgivelsene er på 20,0 ºC, og det har en emissivity av 0.800? (b) Hva er urimelig om dette resultatet? (c) Som premiss eller forutsetningen er ansvarlig?
  26. Konstruere Ditt Eget Problem. Vurdere en ny modell av kommersielle fly har sin bremser testet som en del av den første flight tillatelse prosedyre. Flyet er brakt til takeoff hastighet og deretter stoppet med bremsene alene. Konstruere et problem der du beregne temperatur økning på bremsene i løpet av denne prosessen., Du kan anta at de fleste av den kinetiske energien til flyet er konvertert til termisk energi i bremsene og omkringliggende materialer, og at det er lite rømming. Vær oppmerksom på at bremsene er ventet å bli så varm i denne prosedyren at de antennes, og for å bestå testen, flyet må være i stand til å tåle brann for noen tid uten at en generell brann.
  27. Konstruere Ditt Eget Problem. Vurdere en person ute på en kald natt. Konstruere et problem der du beregne pris på å overføre varme fra person ved alle tre heat transfer metoder., Ta den første slike omstendigheter som i resten personen vil ha en netto varmeoverføring og deretter bestemme hvor mye fysisk aktivitet av en bestemt type er nødvendig for å balansere pris på å overføre varme. Blant de ting å vurdere er størrelsen på person, type klær, første metabolic rate, sky forhold, mengden av vann som fordampet, og volumet av luft pustet. Selvfølgelig, det er mange andre faktorer å vurdere og instruktøren kan ønske å veilede deg i de forutsetninger som er gjort, så vel som i detalj analyse og metode for å presentere resultatene.,

    drivhuseffekten: oppvarmingen av Jorden det er på grunn av gasser som karbondioksid og metan som absorberer infrarød stråling fra jordoverflaten og reradiate det i alle retninger, og dermed sende en brøkdel av det tilbake mot jordoverflaten

    netto pris av varmeoverføring ved stråling: er \displaystyle\frac{{Q}_{\text{netto}}}{t}=\sigma eA\left({T}_{2}^{4}-{T}_{1}^{4}\til høyre)\\

    stråling: energi som overføres av elektromagnetiske bølger direkte som et resultat av en temperaturforskjell

    Valgte Løsninger til Problemer & Øvelser

    1., -21.7 kW; merk at negative svar innebærer varmetap til omgivelsene.

    3. -266 kW

    5. -36.0 W

    7. (en) 1.31%; (b) 20.5%

    9. (en) -15.0 kW; (b) 4.2 cm

    11. (en) 48.5 ºC; (b) En ren hvit objektet reflekterer mer av strålende energi som treffer det, så et hvitt telt ville hindre at mer av sollyset fra å varme opp på innsiden av teltet, og den hvite tunika ville hindre at varmen som kom i teltet fra oppvarming rider. Derfor, med et hvitt telt, temperaturen vil være lavere enn 48.,5º c, og frekvensen av strålende varme overført til den rider vil være mindre enn 20.0 W.

    13. (a) 3 × 1017 J; (b) 1 × 1013 kg; (c) Når en stor meteor treffer havet, og det fører til store tidevanns bølger, spres store mengder energi i form av kinetisk energi av vann.

    15. (en) 3.44 × 105 m3/s; (b) Dette er tilsvarende 12 millioner kubikkfot luft per sekund. Det er enorm. Dette er for stor til å være borte ved oppvarming i luft ved bare 5º c. Mange av disse kjøletårn bruk sirkulasjonen av kjøligere luft over varmere vann for å øke frekvensen av fordamping., Dette vil gi mye mindre mengder luft er nødvendig for å fjerne så stor mengde av varme fordi fordamping fjerner større mengder av varme enn det som ble vurdert i del (a).

    17. 20.9 min

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

    21. (en) 1.102; (b) 2.79 × 104 J; (c) 12.6 J. Dette ikke vil føre til en betydelig avkjøling av lufta fordi det er mye mindre enn den energien som finnes i del (b), som er den energien som kreves for å varme luften fra 20,0 ºC til 50.0 ºC.

    22. (en) 36ºC, (b) temperatur øke større enn om 3ºC ville være urimelig store., I dette tilfellet den endelige temperatur på personen ville stige til 73ºC(163ºF); (c) Den forutsetning av 95% varmelagring er urimelig.

    24. (en) 1.46 kW; (b) Svært høy effekt tap gjennom et vindu. En elektrisk varmeovn av denne strømmen kan holde et helt rom varme; (c) overflatetemperaturer av vinduet skiller seg ikke med så stort et beløp som er lagt til grunn. Den indre overflaten vil bli varmere, og den ytre overflaten vil bli kjøligere.

Articles

Legg igjen en kommentar

Din e-postadresse vil ikke bli publisert. Obligatoriske felt er merket med *