Hoe wordt warmte overgedragen door straling? 5 feiten die u moet weten

Er zijn verschillende manieren van warmteoverdracht zoals geleiding, convectie en straling. In dit artikel zullen we in detail zien hoe warmte wordt overgedragen door straling.

In tegenstelling tot geleiding en convectie, is straling een vorm van warmteoverdracht die geen fysiek contact nodig heeft tussen de warmtebron en het verwarmde item, zoals bij beide het geval is. Warmtestraling, ook wel infraroodstraling genoemd, heeft het vermogen om warmte door lege ruimte te sturen. Dit is een soort elektromagnetische straling die in de elektronica wordt gebruikt. Wanneer straling optreedt, wordt er geen massa overgedragen en is er geen medium nodig om het proces te vergemakkelijken. Er zijn veel straling warmteoverdracht voorbeelden in ons dagelijks leven zoals het zonlicht, kampvuur, kolen enz.

Hoe wordt warmte overgedragen door straling?

Afbeeldingscredits: "080731-1040630'(CC BY 2.0) door Wafer X

Uitleg:

Thermische straling wordt geproduceerd door de interne botsing van deeltjes in een materie wanneer de temperatuur stijgt tot boven het absolute nulpunt Celsius. Warmtestraling wordt altijd uitgezonden door alle materie met een temperatuur hoger dan het absolute nulpunt Celsius. Op dezelfde manier als alle andere elektromagnetische straling, kan thermische straling door de ruimte reizen zonder dat er een medium nodig is, en daarom kan energie van de zon de aarde bereiken.

Straling die ontstaat door interatomaire botsingen tussen geladen deeltjes, die energie van het emitterende lichaam wegdragen in de vorm van elektromagnetische straling, wordt thermische straling of infraroodstraling genoemd. Deze energiestralen kunnen worden geabsorbeerd door andere verre objecten, wat resulteert in een toename van de interne energie van de deeltjes van dat item. Dit zorgt ervoor dat de deeltjes in dat item sneller reizen en vaker botsen, waarbij energie in de vorm van warmte vrijkomt en de temperatuur van het object in kwestie stijgt.

Warmtestraling, in tegenstelling tot andere vormen van warmteoverdracht zoals: geleiding of convectie, kan op een brandpunt worden gefocust door reflecterende spiegels te gebruiken, wat wordt gedaan bij het opwekken van zonne-energie om elektriciteit op te wekken.

De Stefan-Boltzmann-constante kan worden gebruikt om de snelheid te berekenen waarmee warmte-energie door straling wordt overgedragen.

FUSDUFGvKsGh5NR

Waar, 𝑸 = warmteflux 

𝛆= emissiviteit 

𝝈 = Stefan-Boltzman-constante 

T = Absolute temperatuur

De warmteoverdracht in twee lichamen kan als volgt worden berekend:

De wetenschappelijke verklaring voor warmteoverdracht door straling stelt dat alles boven het absolute nulpunt elektromagnetische straling genereert als gevolg van oscillaties van geladen deeltjes. Alles in onze kosmos zendt dus straling uit.


FAQ's

V. Wat bedoel je met warmte?

Ans: In eenvoudige bewoordingen is warmte slechts een gevoel van warmte.

Moleculen en atomen zijn de bouwstenen van alle materialen. Deze atomen bewegen constant in verschillende richtingen (translatie, rotatie, vibratie). De beweging van atomen en moleculen resulteert in de opwekking van warmte of thermische energie. Thermische energie kan in alle dingen worden gevonden. Hoe groter de hoeveelheid beweging die de atomen of moleculen hebben, hoe groter de hoeveelheid warmte of thermische energie die ze zullen hebben.

V. Wat bedoel je met temperatuur?

Ans: Een hoeveelheid die de sensaties van warmte en koelte vertegenwoordigt.

De gemiddelde waarde van energie voor alle atomen en moleculen in een bepaald systeem wordt weergegeven door de temperatuur. De temperatuur van een systeem is onafhankelijk van de hoeveelheid stof die in het systeem aanwezig is. Het is niets meer dan een middel van de energie van een systeem als geheel.

V. Hoe wordt warmte overgedragen?

Ans: Warmte kan worden overgedragen van de ene locatie naar de andere door drie verschillende mechanismen: geleiding, convectie en straling. 

Zowel geleiding als convectie hebben de overdracht van warmte nodig om te worden bereikt door het gebruik van materialen. De overdracht van warmte-energie van het ene systeem naar het andere is onvermijdelijk als er inderdaad een temperatuurverschil tussen beide is.

Hoe wordt warmte overgedragen door straling?

Afbeelding Credits: Kmecfi-eenheid, Warmtedoorlatendheid betekent1, CC BY-SA 4.0

  • Geleiding: De beweging van warmte-energie tussen materialen die in direct contact met elkaar staan, wordt geleiding genoemd. Beter is de geleidbaarheid van het materiaal, hoe sneller warmte wordt getransporteerd. Metaal heeft uitstekende warmtegeleidingseigenschappen. Wanneer de warmte aan een materiaal wordt geleverd, krijgen de deeltjes meer energie en trillen ze meer, wat geleiding wordt genoemd. Deze moleculen botsen vervolgens met naburige deeltjes, waarbij een deel van hun energie aan hen wordt overgedragen tijdens het proces. Dit proces gaat dan verder, waarbij energie wordt overgedragen van het verwarmde uiteinde van het materiaal naar het koelere uiteinde van het materiaal.
  • Convectie:  Convectie is het proces waarbij thermische energie wordt getransporteerd van warme naar koude omgevingen. Wanneer warmere delen van een vloeistof of gas naar het oppervlak van een kouder gebied van de vloeistof of het gas stijgen, treedt convectie op. Daarna neemt een koelere vloeistof of gas de plaats in van de warmere gebieden die hoger in de atmosfeer zijn geklommen. Hierdoor ontstaat een continu circulatiepatroon. De convectiestromen die ontstaan ​​door kokend water in een pan zijn hier een goed voorbeeld van. Convectie is ook te zien in de atmosfeer, wat een ander opmerkelijk voorbeeld is. Wanneer het aardoppervlak wordt verwarmd door de zon, stijgt warme lucht op en stroomt koude lucht naar binnen, waardoor een broeikaseffect ontstaat.
  • straling: In tegenstelling tot geleiding en convectie, is straling een vorm van warmteoverdracht waarbij geen lichamelijke interactie tussen de warmtebron en het verwarmde voorwerp nodig is, zoals bij beide het geval is. Warmtestraling, ook wel infraroodstraling genoemd, heeft het vermogen om warmte door lege ruimte te sturen. Dit is een soort elektromagnetische straling die in de elektronica wordt gebruikt. Wanneer straling optreedt, wordt er geen massa overgedragen en is er geen medium nodig om het proces te vergemakkelijken. Straling kan worden weergegeven door de warmte die wordt uitgestraald door de zon of de warmte die wordt uitgestraald door bijvoorbeeld de gloeidraad van een gloeilamp. 

V. Welk van de processen wordt beschouwd als een snel proces bij warmteoverdracht?

Ans: Stralingswarmteoverdracht is het snelle en snelle proces in vergelijking met de andere twee soorten warmteoverdracht, namelijk geleiding en convectie.

We weten allemaal dat straling de meest efficiënte route voor warmteoverdracht is, aangezien straling zich met de snelheid van het licht verplaatst, wat extreem snel is. Geleiding is de langzaamste vorm van warmtetransport omdat het van deeltje naar deeltje plaatsvindt en dus het meest inefficiënt is.


Lees ook: