Излучение тепла в физике - объяснение с примерами

Излучение:

В холодном помещении мы растапливаем камин (рис. 29) и, устроившись напротив, получаем удовольствие от тепла, идущего от него. Но как в данном случае передается к нам тепловая энергия? Ни теплопроводность, ни конвекция не могут быть причиной такой передачи энергии. Теплопроводность у воздуха очень мала. Конвекционные потоки движутся вверх.

Существует еще один способ теплопередачи — излучение, который возможен и там, где нет среды (например, в космосе). Излучением к Земле переносится теплота от такого мощного источника, как Солнце. Костер (рис. 30), натопленная печь, камин и др. — все это примеры источников, которые наряду с конвекцией и теплопроводностью передают энергию более холодным телам посредством излучения.

Любое тело излучает и поглощает энергию. В результате теплообмена перенос энергии (теплоты) идет от более нагретого тела к менее нагретому. «Холодное» тело тоже излучает энергию, но меньше, чем поглощает (рис. 31). «Горячее» же тело, наоборот, излучает энергии больше, чем поглощает. В итоге «горячее» тело охлаждается, а «холодное» — нагревается.

Механизм излучения сложен. С ним вы познакомитесь в 11-м классе. Здесь подчеркнем то, что при излучении происходит перенос энергии не частицами вещества, а электромагнитными волнами. Именно поэтому для излучения не требуется среда.

От чего зависит, насколько эффективно будет идти излучение? Проведем опыт. Два теплоприемника соединим с коленами манометра (рис. 32). Поднесем их черными сторонами к сосуду с горячей водой, одна половина которого зачернена, а другая — белая. Уровень жидкости в колене l
манометра стал ниже, чем в колене 2. Значит, давление в теплоприемнике I выше, чем в теплоприемнике II. А это говорит о том, что воздух в теплоприемнике, обращенном к зачерненной поверхности сосуда, нагрелся сильнее. Следовательно, тела с темной поверхностью излучают больше энергии (теплоты), чем тела со светлой поверхностью. Поэтому тела с темной поверхностью остывают быстрее, чем со светлой.

А есть ли различие в поглощении энергии этими телами? Видоизменим опыт. К сосуду с горячей водой, вся поверхность которого зачернена, повернем теплоприемники разными сторонами: I — черной, II — белой (рис. 33). Уровень жидкости в колене 1 манометра стал ниже. Значит, воздух в теплоприемнике, обращенном к сосуду черной стороной, поглотил больше энергии и нагрелся сильнее. Таким образом, тела с темной поверхностью поглощают больше энергии, чем тела со светлой поверхностью, а поэтому и нагреваются быстрее.

• Заказать решение задач по физике

Тело, которое больше поглощает энергии, больше и излучает.

Этот факт учитывается в технике и быту. Самолеты, скафандры космонавтов (рис. 34), холодильники, морозильные камеры окрашивают в серебристый или светлые цвета, чтобы они меньше нагревались. В жару носят светлую одежду. Бак для душа на дачном участке красят в черный цвет, чтобы использовать солнечную энергию для нагревания воды.

Достаточно сильно излучают энергию тела человека и животных. Современные приборы (тепловизоры) позволяют не только зафиксировать излучение, но и показать различие излучений участков тела, имеющих разную температуру. На снимке (рис. 35) представлен «тепловой портрет» кота.

В северных районах иногда лед на реках окрашивают с самолета в черный цвет еще до наступления наводка, чтобы избежать бурного ледохода.

Для любознательных:

Отметим важную роль площади излучающей (или поглощающей) поверхности.

Так как тепловое излучение происходит с каждой единицы площади поверхности, то чем больше поверхность, тем больше излучается (поглощается) теплоты. Поэтому, например, радиаторы водяного отопления (рис. 36) имеют сложную ребристую поверхность, хотя при производстве проще и дешевле было бы изготавливать радиаторы более простых форм (прямоугольной, цилиндрической). Большая площадь нагретого тела увеличивает теплопередачу и другими способами — теплопроводностью и конвекцией.

Главные выводы:

1. Перенос энергии от более нагретых тел к более холодным может осуществляться излучением.
2. Излучение — единственный способ теплопередачи, не требующий наличия среды.
3. Все нагретые тела не только излучают, но и поглощают энергию.
4. Тела, окрашенные в темные цвета, больше поглощают и больше излучают энергии, чем тела, имеющие светлую окраску.