पारदर्शी माध्यम (काले प्रणाली की कम डिग्री, गर्मी विनिमय की गणना, गर्मी विनिमय की तीव्रता को कम करने या बढ़ाने के तरीकों) में शरीर के बीच चमकदार गर्मी विनिमय।

स्क्रीन

प्रौद्योगिकी के विभिन्न क्षेत्रों में, अक्सर विकिरण द्वारा गर्मी संचरण को कम करने के लिए आवश्यक अक्सर मामले होते हैं। उदाहरण के लिए, आपको कार्यशालाओं में गर्मी किरणों की कार्रवाई से श्रमिकों की रक्षा करने की आवश्यकता है, जहां उच्च तापमान वाले सतहें हैं। अन्य मामलों में, इमारतों के लकड़ी के हिस्सों को ऊर्जा की शक्ति से ऊर्जा की शक्ति से बचाने के लिए आवश्यक है; इसे चमकदार ऊर्जा थर्मामीटर से संरक्षित किया जाना चाहिए, क्योंकि अन्यथा वे गलत रीडिंग देते हैं। इसलिए, यह हमेशा होता है जब विकिरण द्वारा गर्मी संचरण को कम करना, स्क्रीन की स्थापना का सहारा लेना आवश्यक होता है। आमतौर पर स्क्रीन एक बड़ी प्रतिबिंबित क्षमता के साथ एक पतली धातु शीट है। दोनों स्क्रीन सतहों के तापमान को समान माना जा सकता है।

गर्मी संवहन के हस्तांतरण के साथ, दो फ्लैट-सीमा समानांतर सतहों के बीच स्क्रीन की कार्रवाई पर विचार करें। दीवारों और स्क्रीन की सतह हम इसे समान मानते हैं। दीवारों का तापमान टी 1 और टी 2 स्थिर द्वारा समर्थित है, टी 1\u003e टी 2 के साथ। हम मानते हैं कि दीवारों के रेडियासिस के गुणांक और स्क्रीन एक दूसरे के बराबर हैं। फिर स्क्रीन के बिना सतहों के बीच कम विकिरण गुणांक, पहली सतह और स्क्रीन के बीच, स्क्रीन और दूसरी सतह एक दूसरे के बराबर होती है।

गर्मी प्रवाह पहली सतह से दूसरे (बिना किसी स्क्रीन के) तक प्रसारित किया जाता है, समीकरण से निर्धारित होता है

गर्मी प्रवाह पहली सतह से स्क्रीन पर प्रेषित, हमें सूत्र मिल जाता है

और समीकरण द्वारा स्क्रीन से दूसरी सतह तक

एक स्थिर थर्मल राज्य क्यू 1 \u003d क्यू 2 के साथ, इसलिए

से

परिणामी स्क्रीन तापमान को किसी भी समीकरण में प्रतिस्थापित करना, हमें मिलता है

पहले और अंतिम समीकरणों की तुलना में, हम पाते हैं कि ली गई शर्तों के तहत एक स्क्रीन की स्थापना आधे से उत्सर्जन द्वारा गर्मी हस्तांतरण को कम कर देती है:

(29-19)

यह साबित किया जा सकता है कि दो स्क्रीन की स्थापना गर्मी हस्तांतरण तीन गुना कम हो जाती है, तीन स्क्रीन की स्थापना चार में गर्मी हस्तांतरण को कम करती है, आदि। पॉलिश धातु स्क्रीन लागू करते समय विकिरण द्वारा गर्मी विनिमय को कम करने का महत्वपूर्ण प्रभाव प्राप्त होता है, फिर

(29-20)

जहां "पीआर - सतह और स्क्रीन के बीच कम विकिरण गुणांक;

पीआर के साथ - सतहों के बीच कम विकिरण गुणांक।

गैस विकिरण

गैसीय निकायों का विकिरण ठोस उत्सर्जन से काफी अलग है। सिंगोटोमिक और डाइऑक्साइड गैसों में एक नगण्य विकिरण और अवशोषक क्षमता होती है। थर्मल किरणों के लिए इन गैसों को पारदर्शी माना जाता है। टेरेहाटोमिक गैसों (सीओ 2 और एच 2 ओ, आदि) और पॉलीटोमिक में पहले से ही एक महत्वपूर्ण उत्सर्जक है, और इसलिए क्षमता को अवशोषित करना। उच्च तापमान पर, ईंधन के दहन के दौरान गठित त्रिहाटिक गैसों का विकिरण हीट एक्सचेंजर उपकरणों के संचालन के लिए बहुत महत्वपूर्ण है। ग्रे निकायों के विकिरण के विपरीत, ट्रोचेटोमिक गैसों के विकिरण का स्पेक्ट्रा, एक तेज उच्चारण (चुनिंदा) चरित्र है। ये गैसों को स्पेक्ट्रम के विभिन्न हिस्सों (चित्र 2 9-6) में स्थित कुछ तरंग दैर्ध्य अंतराल में केवल चमकदार ऊर्जा के साथ अवशोषित और विकिरण किया जाता है। अन्य तरंग दैर्ध्य के साथ किरणों के लिए, ये गैस पारदर्शी हैं। जब बीम मिलते हैं

किसी दिए गए तरंग दैर्ध्य के साथ बीम के अवशोषण में सक्षम गैस की एक परत, फिर यह बीम आंशिक रूप से अवशोषित हो गई है, आंशिक रूप से गैस की मोटाई और परत के दूसरी तरफ की दूसरी तरफ प्रवेश करने से कम तीव्रता से कम हो जाती है। एक बहुत बड़ी मोटाई की परत लगभग पूरे बीम को अवशोषित कर सकती है। इसके अलावा, गैस की अवशोषण क्षमता अपने आंशिक दबाव या अणुओं और तापमान की संख्या पर निर्भर करती है। गैसों में चमकदार ऊर्जा का विकिरण और अवशोषण पूरे वॉल्यूम में होता है।

गैस अवशोषण गुणांक निम्नलिखित निर्भरता द्वारा निर्धारित किया जा सकता है:

या एक आम समीकरण

गैस परत की मोटाई शरीर के आकार पर निर्भर करती है और इसे अनुभवजन्य तालिका के साथ बीम की औसत लंबाई के रूप में परिभाषित किया जाता है।

दहन उत्पादों का दबाव आमतौर पर 1 बार के बराबर होता है, इसलिए मिश्रण में त्रिशटम गैसों का आंशिक दबाव समीकरण पी सीओ 2, \u003d आर सीओ 2, और पीएच 2 ओ \u003d आरएच 2 ओ द्वारा निर्धारित किया जाता है, जहां आर वॉल्यूम अंश होता है गैस का।

दीवार के औसत तापमान की गणना समीकरण द्वारा की जाती है

(29-21).

जहां टी "एसटी - गैस प्रवेश द्वार पर चैनल दीवार का तापमान; टी टी - गैस आउटलेट पर चैनल दीवार का तापमान।

औसत गैस तापमान सूत्र द्वारा निर्धारित किया जाता है

(29-22)

जहां टी "जी चैनल के प्रवेश द्वार पर गैस का तापमान है;

टी "" पी - चैनल से बाहर निकलने पर गैस का तापमान;

प्लस साइन को ठंडा करने के मामले में लिया जाता है, और "माइनस" - चैनल में हीटिंग गैस के मामले में।

गैस और चैनल दीवारों के बीच विकिरण द्वारा गर्मी विनिमय की गणना बहुत जटिल है और कई ग्राफ और तालिकाओं का उपयोग करके किया जाता है। गणना की एक सरल और काफी विश्वसनीय विधि एक ढेर द्वारा डिजाइन की गई है, जो निम्नलिखित समीकरण प्रदान करती है जो बुधवार को गैसों के विकिरण को डिग्री के तापमान के साथ निर्धारित करती है:

(29-23)

(2 9-24) जहां आर - आंशिक गैस दबाव, बार; एस गैस परत, एम, टी की औसत मोटाई है - गैसों और दीवारों का औसत तापमान, डिग्री के। दिए गए समीकरणों के विश्लेषण से पता चलता है कि गैसों की विकिरण क्षमता स्टीफन के कानून - बोल्टज़मान का पालन नहीं करती है। जल वाष्प का विकिरण टी 3 के आनुपातिक है, और कार्बन डाइऑक्साइड की विकिरण - जी 3 "5 है।

लैमिनेर मोड के लिए

टी
absorbilla 6।

टी (46) सूखी हवा के epleophysical पैरामीटर

101.3 · 10³ के दबाव पर

अशांत शासन के लिए

कहा पे λ म। - गैस की थर्मल चालकता, तालिका से चुना जा सकता है। 6; एन मैं। - गुणांक, मामले की सतह के अभिविन्यास को ध्यान में रखते हुए:

8. थर्मल चालकता का निर्धारण करें σ केस की सतह के बीच और

के बारे में सर्किंग माध्यम:

कहा पे एस n, एस में, एस बी - ब्लॉक बॉडी की निचली, ऊपरी और साइड सतहों का क्षेत्र क्रमशः;

एस N \u003d एस में \u003d। एल एक · एल 2 ;एस B \u003d 2। एल 3 (एल 1 +एल 2).

अधिक कुशल गर्मी हटाने के लिए, फिनिश सतहों के साथ ivep ब्लॉक अक्सर उपयोग किया जाता है। यदि डिजाइनर इस प्रकार की माध्यमिक बिजली आपूर्ति इकाई के लिए गर्मी की गणना को गर्म करने के लिए सेट किया गया है, तो प्रभावी गर्मी विनिमय गुणांक α ef को आगे निर्धारित करना आवश्यक है मैं।सतह जो पर्यावरण के सापेक्ष मामले की पसलियों के डिजाइन और अति ताप पर निर्भर करती है। Α ef मुझे रेडिएटर की गणना करते समय उसी तरह परिभाषित किया जाता है (रेडिएटर की गणना, अनुच्छेद 5.5) देखें।

प्रभावी गर्मी विनिमय गुणांक α ईएफ I निर्धारित करने के बाद, पूरे आवास की थर्मल चालकता की गणना के लिए स्थानांतरित करता है σ k, जिसमें गैर-फिन की मात्रा होती है σ से 0 और फिन σ p सतहों के लिए:

जी
डे σ के 0 की गणना फॉर्मूला (47) द्वारा की जाती है, लेकिन फिनिश सतह को छोड़कर;

जी
डे एस पीआई फिनिश सतह का आधार क्षेत्र है; एन मैं एक गुणांक हूं जो इस सतह के अभिविन्यास को ध्यान में रखता है।

9. दूसरे सन्निकटन में ivep ब्लॉक की अति ताप की गणना करें θ K0:

जी
डे सेवा मेरे केपी - छिद्रण ब्लॉक शरीर के आधार पर गुणांक सेवा मेरे पी; सेवा मेरे एच 1 वायुमंडलीय पर्यावरणीय दबाव का गुणांक है।

वह अनुसूची जिसके लिए आप गुणांक को परिभाषित कर सकते हैं सेवा मेरे एच 1, अंजीर में चित्रित। 9, और गुणांक सेवा मेरे अंजीर में केपी। चौदह।

छिद्रण गुणांक (11) - (13) द्वारा निर्धारित किया जाता है, और चित्र में दिखाए गए शेड्यूल के अनुसार। आठ।

10. गणना त्रुटि निर्धारित करें:

इ।
यदि δ ≤ 0.1, तो गणना पूरी तरह से माना जा सकता है। अन्यथा, माध्यमिक बिजली आपूर्ति इकाई के तापमान की गणना को दूसरे मूल्य के लिए दोहराया जाना चाहिए। θ K पक्ष में समायोजित θ 0 तक।

11. ब्लॉक बॉडी के तापमान की गणना करें:

एन
और यह आईवेप ब्लॉक के थर्मल शासन की गणना करने का पहला चरण है।

चरण 2. गर्म क्षेत्र के मध्य सतह के तापमान का निर्धारण।

1. सशर्त विशिष्ट सतह की शक्ति की गणना करें प्र सूत्र (1 9) द्वारा जेड गर्म ब्लॉक क्षेत्र।

2. चित्र में ग्राफ से। 7 पहले सन्निकटन में अति ताप का पता लगाएं θ मध्यम इकाई के आसपास के तापमान के सापेक्ष।

3. कम α zln, ऊपरी α zlv और गर्म क्षेत्र और शरीर की साइड α zlb सतहों के बीच विकिरण द्वारा गर्मी हस्तांतरण गुणांक निर्धारित करें:

कहा पे ε पी मैं - काले की डिग्री मैं।सतह गर्म क्षेत्र और आवास:

ε एस आई आई आई एस जेड
मैं - काले और वर्ग की डिग्री मैं।गर्म क्षेत्र की सतह।

आर आईपी। पंद्रह

4. तापमान निर्धारित करने के लिए टी एम \u003d ( टी K +। टी 0 +θ एच) / 2 और आकार निर्धारित करना एच मैं हमें grasgogr और prandtlapr (फॉर्मूला (43) और तालिका 6 की संख्या मिलती है।

5. गर्म क्षेत्र और प्रत्येक सतह के मामले के बीच संवहनी गर्मी विनिमय गुणांक की गणना करें;

नीचे की सतह के लिए

शीर्ष सतह के लिए

डी ला साइड सतह

6। हम गर्म क्षेत्र और मामले के बीच थर्मल चालकता σ zk निर्धारित करते हैं:

जी
डे सेवा मेरे σ प्रवाहकीय गर्मी विनिमय को ध्यान में रखते हुए एक गुणांक है:

σ - मॉड्यूल से ब्लॉक बॉडी में अग्रणी विशिष्ट थर्मल शरीर को क्लैंपिंग बल पर निर्भर करता है (चित्र 15); क्लैंपिंग की अनुपस्थिति में σ \u003d 240 w / (m 2 · k); एस λ ब्लॉक बॉडी के साथ मॉड्यूल फ्रेम के संपर्क का क्षेत्र है।

तालिका 7।

सामग्री के थर्मोफिजिकल गुण

7. गर्म क्षेत्र की हीटिंग की गणना करें θ Z0 दूसरे सन्निकटन में:

जी
डे क। डब्ल्यू - चित्र में चित्रित ग्राफिक्स का निर्धारण करें। ग्यारह; क। एच 2 - अनुसूची (चित्र 10) पर परिभाषित करें।

8. गणना त्रुटि का निर्धारण करें

इ।
अगर δ।< 0,1, то расчет окончен. При δ ≥ 0,1 следует повторить расчет для скорректированного значенияθ एस

9. गर्म क्षेत्र के तापमान की गणना करें

इ।
टीएपी 3. आईवेपी योजना की संरचना में घटक की सतह के तापमान की गणना

हम असहमति के पहले स्तर में स्थापित घटक के घटक के तापमान को निर्धारित करने के लिए आवश्यक गणना अनुक्रम प्रस्तुत करते हैं।

1. मॉड्यूल के समतुल्य थर्मल चालकता गुणांक को निर्धारित करें जिसमें घटक स्थित है, उदाहरण के लिए, निम्नलिखित विकल्पों के लिए एक माइक्रोक्रिकूट:

गर्मी-संचालन टायर की अनुपस्थिति में λ ईक्यू \u003d λ एन, जहां λ एन बोर्ड के आधार के आधार की थर्मल चालकता है;

गर्मी के संचालन टायर के साथ

जी डी λ डब्ल्यू - थर्मल आयोजित टायर सामग्री की थर्मल चालकता; वी पी मुद्रित सर्किट बोर्ड की मात्रा है, गर्मी-संचालन टायर की मात्रा को ध्यान में रखते हुए; वी डब्ल्यू - मुद्रित सर्किट बोर्ड पर गर्मी-संचालन टायर की मात्रा; ए।- गर्मी-संचालन टायर के साथ मॉड्यूल के मॉड्यूल को भरने के सतह गुणांक:

जी
डे एस डब्ल्यू मुद्रित सर्किट बोर्ड पर गर्मी-संचालन टायरों द्वारा कब्जा कर लिया गया कुल क्षेत्रफल है।

टैब में। 7 कुछ सामग्रियों के थर्मोफिजिकल पैरामीटर दिखाता है।

2. माइक्रोक्रिकिट हाउसिंग के समकक्ष त्रिज्या का निर्धारण करें:

जी
डे एस ओ आईएसएस - चिप का आधार क्षेत्र।

3. गर्मी प्रवाह के प्रचार के गुणांक की गणना करें:

जी
डी α 1 और α 2 - मुद्रित सर्किट बोर्ड के पहले और दूसरे पक्षों से हीट एक्सचेंज गुणांक; प्राकृतिक ताप विनिमय के लिए

Δ पी।
- मॉड्यूल के सर्किट बोर्ड की मोटाई।

4। Microcircuit आवास सतह की वांछित अति ताप निर्धारित करें:

कहा पे मेंतथा म।- रिकॉर्डिंग के रूप को सरल बनाने के लिए पेश किए गए सशर्त मान: मुद्रित सर्किट बोर्ड पर माइक्रोक्रिकिट बाड़ों के एकतरयतम स्थान के साथ में\u003d 8.5π। आर 2 डब्ल्यू / के, म।\u003d 2; डबल-पक्षीय स्थान के साथ में= 0,म।= 1;सेवा मेरे- अनुभवजन्य गुणांक: चिप के मामलों के लिए, जिसका केंद्र मुद्रित सर्किट बोर्ड के सिरों से 3 से कम की दूरी पर होगा आर,सेवा मेरे\u003d 1.14; Microcircuits के लिए, जिसका केंद्र मुद्रित सर्किट बोर्ड के सिरों से 3 से अधिक की दूरी पर होगा आर,सेवा मेरे= 1;सेवा मेरे α - माइक्रोकिर्किट बाड़ों से गर्मी हस्तांतरण गुणांक चित्र में चित्रित ग्राफिक्स द्वारा निर्धारित किया जाता है। सोलह; सेवा मेरे 1 I सेवा मेरे 0 - संशोधित बेसेल फ़ंक्शन; एन - संख्या मैं।बेसिक चिप हॉल 10 से अधिक की दूरी पर स्थित है / म।, अर्थात आर मैं 10। म।; Δ टी बी - ब्लॉक में मध्यम साझा करने वाली हवा अति ताप:

प्र
IMS I - पावर विलुप्त मैं।मुर्गी; एस क्या मैं - कुल सतह की तरफ मैं।चिकन; δ з i - चिप और शुल्क के बीच एक अंतर; λ з и и - इस अंतर को भरने वाली सामग्री की थर्मल चालकता का गुणांक।

5. माइक्रोक्रिकिट हाउसिंग का सतह तापमान निर्धारित करें:

पी
माइक्रोकिरिट के तापमान की गणना के लिए उपरोक्त एल्गोरिदम का उपयोग किसी भी अन्य असतत घटक के लिए किया जा सकता है जो द्वितीयक बिजली आपूर्ति इकाई का हिस्सा है। इस मामले में, अलग घटक को प्लेट पर स्थानीय ताप स्रोत के साथ चिप माना जा सकता है, और समीकरण (60) - (63) में ज्यामितीय पैरामीटर के संबंधित मान दर्ज करें।

कार्य का उद्देश्य

शरीर की काली सतह की डिग्री निर्धारित करने के लिए प्रयोगों के लिए कार्यप्रणाली के साथ परिचित।

प्रायोगिक कौशल का विकास।

कार्य

2 अलग-अलग सामग्रियों (चित्रित तांबा और पॉलिश स्टील) की सतहों से काले ε और विकिरण गुणांक की डिग्री निर्धारित करें।

सतह के तापमान पर काले की डिग्री में परिवर्तनों की निर्भरता निर्धारित करें।

अपने बीच चित्रित तांबा और पॉलिश स्टील के काले की डिग्री के मूल्य की तुलना करें।

सैद्धांतिक प्रशासन

थर्मल विकिरण विद्युत चुम्बकीय तरंगों के माध्यम से थर्मल ऊर्जा को स्थानांतरित करने की प्रक्रिया है। विकिरण द्वारा प्रेषित गर्मी की मात्रा उत्सर्जित शरीर और उसके तापमान के गुणों पर निर्भर करती है और आसपास के निकायों के तापमान पर निर्भर नहीं होती है।

सामान्य मामले में, शरीर पर गिरने वाली थर्मल धारा आंशिक रूप से अवशोषित होती है, आंशिक रूप से प्रतिबिंबित होती है और आंशिक रूप से शरीर (चित्र 1.1) के माध्यम से गुजरती है।

अंजीर। 1.1। उज्ज्वल ऊर्जा वितरण योजना

(2)

कहा पे - शरीर पर गर्मी का प्रवाह गिर रहा है,

- शरीर द्वारा अवशोषित गर्मी की मात्रा,

- शरीर द्वारा दिखाई देने वाली गर्मी की मात्रा,

- शरीर के माध्यम से गुजरने वाली गर्मी की मात्रा।

हम गर्मी प्रवाह पर दाएं और बाएं भागों को विभाजित करते हैं:

मूल्यों
इसे क्रमशः कहा जाता है: अवशोषित, प्रतिबिंबित और शरीर ट्रांसडक्शन क्षमता।

यदि एक
टी
। शरीर पर गिरने वाली पूरी गर्मी प्रवाह अवशोषित हो जाती है। ऐसे शरीर को बुलाया जाता है बिल्कुल काला .

निकायों कि
,
वे। शरीर पर गिरने वाला पूरा थर्मल प्रवाह उस से परिलक्षित होता है, जिसे बुलाया जाता है सफेद . उसी समय, यदि सतह से प्रतिबिंब शरीर के प्रकाशिकी के कानूनों के अधीन है तो कहा जाता है प्रतिबिंबित - यदि प्रसार प्रतिबिंब – बिल्कुल सफेद .

निकायों कि
,
वे। शरीर पर गिरने वाली पूरी थर्मल स्ट्रीम इसके माध्यम से गुजरती है, जिसे बुलाया जाता है डायथर्मिक या बिल्कुल पारदर्शी .

प्रकृति में कोई पूर्ण निकाय नहीं है, लेकिन ऐसे शरीर की अवधारणा बहुत उपयोगी है, खासकर बिल्कुल काले शरीर के बारे में, क्योंकि विकिरण द्वारा इसे नियंत्रित करने वाले कानून विशेष रूप से सरल होते हैं, क्योंकि इसकी सतह से कोई विकिरण दिखाई नहीं देता है।

इसके अलावा, बिल्कुल काले निकायों की अवधारणा साबित करना संभव है कि प्रकृति में ऐसे कोई निकाय नहीं हैं जो काले की तुलना में अधिक गर्मी उत्सर्जित करते हैं।

उदाहरण के लिए, किरचॉफ के कानून के अनुसार, शरीर की उत्सर्जन का अनुपात और इसकी अवशोषण क्षमता सभी निकायों के लिए समान रूप से और केवल तापमान पर, सभी निकायों के लिए, किसी दिए गए तापमान पर बिल्कुल काले रंग सहित:

(3)

चूंकि बिल्कुल काले निकायों की अवशोषण क्षमता
लेकिन अ तथा आदि। हमेशा 1 से कम, फिर किरचॉफ के कानून से यह अधिकतम विकिरण क्षमता का पालन करता है यह एक बिल्कुल काला शरीर है। चूंकि प्रकृति में बिल्कुल काले शरीर नहीं हैं, इसलिए ग्रे बॉडी की अवधारणा पेश की जाती है, इसकी ब्लैक ε की डिग्री, जो ग्रे और बिल्कुल काले निकायों की विकिरण क्षमता का अनुपात है:

किर्चॉफ के कानून के बाद और उस पर विचार करते हुए
दर्ज किया जा सकता है
से
उन । काले रंग की डिग्री दोनों सापेक्ष उत्सर्जन और शरीर की अवशोषण क्षमता दोनों की विशेषता है । विकिरण की मुख्य शक्ति विकिरण तीव्रता की निर्भरता को दर्शाती है
तरंग दैर्ध्य (मोनोक्रोमैटिक विकिरण) की इस श्रृंखला को बुलाया गया एक तख़्त का कानून है।

(4)

कहा पे - तरंग दैर्ध्य, [एम];

;

तथा - पहला और दूसरा नियमित तख्ती।

अंजीर में। 1.2 यह समीकरण ग्राफिक रूप से दर्शाया गया है।

अंजीर। 1.2। प्लैंक कानून की ग्राफिक प्रस्तुति

जैसा कि ग्राफ से देखा जा सकता है, बिल्कुल काले शरीर किसी भी तापमान पर तरंग दैर्ध्य की एक विस्तृत श्रृंखला में विकिरण करता है। बढ़ते तापमान के साथ, अधिकतम विकिरण तीव्रता छोटी तरंगों की ओर बढ़ जाती है। इस घटना का वर्णन शराब के कानून द्वारा किया गया है:

कहा पे
- अधिकतम विकिरण तीव्रता के अनुरूप तरंगदैर्ध्य।

मूल्यों पर
प्लैंक कानून के बजाय, रिले-जीन्स के कानून को लागू करना संभव है, जो "लांग तरंगदैर्ध्य कानून" नाम भी पहनता है:

(6)

विकिरण तीव्रता पूरे तरंगदैर्ध्य अंतराल से जिम्मेदार है
इससे पहले
(अभिन्न विकिरण), एकीकृत करके योजना की योजना से निर्धारित किया जा सकता है:

जहां - बिल्कुल काले शरीर के विकिरण गुणांक। अभिव्यक्ति को स्टेन-बोल्ट्ज़मान कानून कहा जाता है, जिसे बोल्ट्ज़मैन द्वारा स्थापित किया गया था। ग्रे निकायों के लिए, स्टीफन-बोल्ट्ज़मान का कानून फॉर्म में लिखा गया है:

(8)

- Maudible ग्रे शरीर की क्षमता। गर्मी हस्तांतरण स्टीफन-बोल्टज़मान कानून के आधार पर दो सतहों के बीच विकिरण द्वारा निर्धारित किया जाता है और इसका रूप है:

(9)

यदि एक
, तो ब्लैकनेस की डिग्री सतह के निचले स्तर की डिग्री के बराबर हो जाती है ।
। यह परिस्थिति रेडिएटिव क्षमता और काले निकायों की डिग्री निर्धारित करने की विधि पर आधारित है जिनके शरीर की तुलना में मामूली आकार हैं जो एक चमकदार ऊर्जा के साथ आदान-प्रदान किए जाते हैं

(10)

(11)

जैसा कि सूत्र से देखा जा सकता है, काले और विकिरण क्षमता की डिग्री का निर्धारण सेभूरे रंग के शरीर को सतह के तापमान को जानने की जरूरत है परीक्षण शरीर, तापमान शरीर की सतह से पर्यावरण और चमकदार थर्मल स्ट्रीम
। तापमान तथा ज्ञात विधियों द्वारा मापा जा सकता है। और चमकदार थर्मल स्ट्रीम निम्नलिखित विचारों से निर्धारित है।

आस-पास की जगह में शरीर की सतह से गर्मी का प्रचार मुक्त संवहन पर विकिरण और गर्मी हस्तांतरण के कारण होता है। पूर्ण प्रवाह शरीर की सतह से, इस प्रकार के बराबर होगा:

से!
;

- गर्मी प्रवाह के संवहनी घटक, जिसे न्यूटन रिचमा के कानून द्वारा निर्धारित किया जा सकता है:

(12)

बदले में, गर्मी हस्तांतरण गुणांक अभिव्यक्ति से निर्धारित किया जा सकता है:

(13)

इन अभिव्यक्तियों में निर्णायक तापमान सीमा रेखा परत का तापमान है:

अंजीर। 2 प्रायोगिक स्थापना योजना

किंवदंती:

में - स्विच;

पी 1, पी 2 - वोल्टेज नियामक;

पीडब्ल्यू 1, पीडब्ल्यू 2 - पावर मीटर (वाटमीटर);

NE1, NE2 - हीटिंग तत्व;

आईटी 1, आईटी 2 - तापमान मीटर;

टी 1, टी 2, आदि - थर्माकोउल्स।

थर्मल विकिरण का अध्ययन। गरमागरम के काले टंगस्टन दीपक की डिग्री निर्धारित करना

3.1 थर्मल विकिरण और इसकी विशेषताएं

पर्याप्त उच्च तापमान तक गरम करने वाले निकाय विद्युत चुम्बकीय तरंगों को उत्सर्जित करने में सक्षम हैं। हीटिंग से जुड़े चमक निकायों को गर्मी विकिरण का नाम मिला। यह विकिरण प्रकृति में सबसे आम है। थर्मल विकिरण संतुलन हो सकता है, यानी। यह एक बंद (इन्सुलेटेड) प्रणाली में पदार्थ के साथ थर्मोडायनामिक संतुलन की स्थिति में हो सकता है। थर्मल विकिरण की एक मात्रात्मक वर्णक्रमीय विशेषता ऊर्जा चमकता (विकिरण क्षमता) की वर्णक्रमीय घनत्व है:

जहां ऊर्जा चमकता की वर्णक्रमीय घनत्व; - तरंगदैर्ध्य रेंज में शरीर की सतह क्षेत्र की एक इकाई से समय की प्रति इकाई उत्सर्जित विद्युत चुम्बकीय विकिरण की ऊर्जा से;

तरंगदैर्ध्य अंतराल में शरीर की सतह क्षेत्र की इकाई से थर्मल विकिरण की कुल शक्ति की विशेषता ऊर्जा चमकता (अभिन्न ऊर्जा चमकता) की सेवा करता है:

3.2। ब्लैक बॉडी के प्लैंक फॉर्मूला और कानून थर्मल विकिरण

· स्टीफन-बोल्टज़मान का कानून

1 9 00 में, विमान ने परिकल्पना को धक्का दिया, जिसके अनुसार परमाणु ओसीलेटर लगातार ऊर्जा को उत्सर्जित नहीं करते हैं, और भाग-क्वांटा। फलक की परिकल्पना के अनुसार, ऊर्जा चमकता की वर्णक्रमीय घनत्व निम्नलिखित सूत्र द्वारा निर्धारित की जाती है:

. (3)

फलक के सूत्र से, आप ऊर्जा चमकता के लिए एक अभिव्यक्ति प्राप्त कर सकते हैं। हम अभिव्यक्ति में सूत्र (3) से शरीर की ऊर्जा चमक के वर्णक्रमीय घनत्व के मूल्य को प्रतिस्थापित करते हैं (2):

(4)

अभिन्न (4) की गणना करने के लिए, हम एक नया चर पेश करते हैं। यहां से; । फॉर्मूला (4) को मन में परिवर्तित किया जाता है:

जैसा , ऊर्जा चमक के लिए अभिव्यक्ति (5) निम्नलिखित रूप होगा:

. (6)

अनुपात (6) स्टीफन-बोल्टज़मान का कानून है, जहां निरंतर स्टीफन बोल्टज़मान W / (m 2 से 4)।

इसलिए स्टीफन-बोल्टज़मान के कानून की परिभाषा:

बिल्कुल काले शरीर की ऊर्जा चमकदार पूर्ण तापमान की चौथी डिग्री के लिए सीधे आनुपातिक है।

थर्मल विकिरण के सिद्धांत में, काले शरीर के मॉडल के साथ, अक्सर इसे भूरे रंग की अवधारणा द्वारा उपयोग किया जाता है। शरीर को ग्रे कहा जाता है यदि इसका अवशोषण गुणांक सभी तरंग दैर्ध्य के लिए समान होता है और सतह की तापमान और स्थिति पर निर्भर करता है। ग्रे बॉडी के लिए, स्टीफन-बोल्ट्ज़मान के कानून में फॉर्म है:

गर्मी उत्सर्जक (काला गुणांक) का विकिरण गुणांक कहां है।

· शराब का पहला कानून (शराब विस्थापन कानून)

हम चरम पर संबंध (3) की जांच करते हैं। ऐसा करने के लिए, हम तरंग दैर्ध्य के साथ वर्णक्रमीय घनत्व के पहले व्युत्पन्न को परिभाषित करते हैं और इसे शून्य तक समझते हैं।

. (8)

हम एक चर परिचय देते हैं। फिर हम समीकरण (8) से मिलता है:

. (9)

सामान्य रूप से पारस्परिक समीकरण (9) लगातार अनुमानों की विधि से हल किया जाता है। चूंकि वास्तविक तापमान के लिए, आप समीकरण (9) का एक सरल समाधान पा सकते हैं। दरअसल, साथ ही, अनुपात (9) को सरल बना दिया जाता है और फॉर्म लेता है:

जिसमें एक समाधान है। इसलिये

लगातार अनुमानों की विधि से समीकरण (9) का एक और सटीक समाधान निम्नलिखित निर्भरता की ओर जाता है:

, (10)

कहा पे एमके।

अनुपात (10) का अर्थ शराब के पहले कानून (विंग विस्थापन का कानून) की परिभाषा का तात्पर्य है।

तरंगदैर्ध्य शरीर के उलटा तापमान की ऊर्जा चमक के अधिकतम वर्णक्रमीय घनत्व से संबंधित है।

मूल्य विंग पूर्वाग्रह के निरंतर कानून का नाम था।

· शराब का दूसरा कानून

हम ऊर्जा चमकदारता (3) के वर्णक्रमीय घनत्व की अभिव्यक्ति के लिए समीकरण (10) से मूल्य को प्रतिस्थापित करते हैं। फिर हमें अधिकतम वर्णक्रमीय घनत्व मिलता है:

, (11)

कहा पे डब्ल्यू / एम 2 से 5।

अनुपात (11) से शराब के दूसरे कानून की परिभाषा का तात्पर्य है।

बिल्कुल काले शरीर की ऊर्जा चमक की अधिकतम वर्णक्रमीय घनत्व पूर्ण तापमान की पांचवीं डिग्री के लिए सीधे आनुपातिक है।

मूल्य शराब के दूसरे कानून के स्थायी का नाम था।

चित्रा 1 कुछ शरीर के लिए दो अलग-अलग तापमान पर तरंगदैर्ध्य से ऊर्जा चमक की वर्णक्रमीय घनत्व की निर्भरता दिखाता है। तापमान में वृद्धि के साथ, स्पेक्ट्रल घनत्व के वक्र के तहत क्षेत्र को स्टीफन-बोल्ट्ज़मान कानून के अनुसार तापमान की चौथी डिग्री के अनुपात में वृद्धि होनी चाहिए, जो तरंग दैर्ध्य अधिकतम तापमान को कम करने के लिए अधिकतम वर्णक्रमीय घनत्व के अनुरूप होता है वाइन विस्थापन का कानून और वर्णक्रमीय घनत्व का अधिकतम मूल्य सीधे शराब के दूसरे कानून को बढ़ाता है।

चित्र 1

4. उपकरण और सहायक उपकरण। स्थापना विवरण

इस काम में, विभिन्न शक्ति (25, 60, 75 और 100 वाट) की विद्युत दीपक एक विकिरण शरीर के रूप में उपयोग की जाती हैं। गरमागरम प्रकाश बल्बों के थ्रेड तापमान को निर्धारित करने के लिए, एक वोल्टैपर विशेषता हटा दी जाती है, जिसके अनुसार गरमागरम थ्रेड के स्थैतिक प्रतिरोध () की परिमाण निर्धारित होती है और इसका तापमान गणना की जाती है। चित्रा 2 गरमागरम दीपक की विशिष्ट वोल्टपियर विशेषता दिखाता है। यह देखा जा सकता है कि कम मौजूदा मूल्यों पर, वर्तमान रैखिक रूप से लागू वोल्टेज पर निर्भर करता है और निर्देशांक की उत्पत्ति के माध्यम से संबंधित प्रत्यक्ष पास। वर्तमान में और वृद्धि के साथ, गर्मी धागा गरम किया जाता है, दीपक प्रतिरोध बढ़ता है और मूल के माध्यम से गुजरने वाले रैखिक निर्भरता से वोल्टैपर विशेषता का विचलन मनाया जाता है। एक बड़े प्रतिरोध के साथ वर्तमान बनाए रखने के लिए, अधिक वोल्टेज की आवश्यकता है। दीपक का अंतर प्रतिरोध मोनोटोनिक रूप से घटता है, और फिर लगभग एक निरंतर मूल्य लेता है और पूरी तरह से वोल्टैंपियर विशेषता गैर-रैखिक है। यह मानते हुए कि बिजली का उपभोग शक्ति विकिरण द्वारा हटा दी जाती है, दीपक के गरमागरम के कालेता गुणांक को निर्धारित करना या सूत्र द्वारा निरंतर स्टीफन बोल्टज़मान का अनुमान लगाना संभव है:

, (12)

दीपक का फिलामेंट क्षेत्र कहां है; - काले की डिग्री; स्थायी स्टीफन बोल्टज़मान।

सूत्र (12) से, विद्युत दीपक के फिलामेंट के ब्लैकनेस गुणांक को निर्धारित करना संभव है।

. (13)

चित्र 2।

चित्रा 3 दीपक की वोल्टपियर विशेषताओं को हटाने, थ्रेड के प्रतिरोध, इसके तापमान और थर्मल विकिरण के कानूनों का अध्ययन निर्धारित करने के लिए विद्युत स्थापना योजना दिखाता है। 1 और के 2 की कुंजी को विद्युत उपकरणों को वर्तमान माप और वोल्टेज की आवश्यक सीमाओं के साथ जोड़ने के लिए डिज़ाइन किया गया है।

परिवर्तनीय प्रतिरोध 220V नेटवर्क के वोल्टेज के साथ एसी सर्किट से जुड़ा हुआ है जो एक potentiometric योजना द्वारा एक चिकनी वोल्टेज परिवर्तन प्रदान करता है 0 से 220 वी।

गरमागरम थ्रेड तापमान का निर्धारण तापमान से धातु प्रतिरोध की ज्ञात निर्भरता पर आधारित है:

जहां - 0 0 पर गरमागरम धागे का प्रतिरोध; - टंगस्टन प्रतिरोध का तापमान गुणांक, 1 / गारा।

चित्र तीन।

हम कमरे के तापमान के लिए अभिव्यक्ति (14) लिखते हैं।

. (15)

अभिव्यक्ति (14) को साझा करना (15), हमें मिलता है:

यहां से हम गरमागरम धागे के तापमान को परिभाषित करते हैं:

. (17)

इस प्रकार, कमरे के तापमान पर वर्तमान की अनुपस्थिति में गरमागरम धागे के स्थैतिक प्रतिरोध को जानना और वर्तमान प्रवाह के दौरान धागे प्रतिरोध को थ्रेड तापमान निर्धारित किया जा सकता है। काम करते समय, कमरे के तापमान पर प्रतिरोध डिजिटल विद्युत मापने वाले डिवाइस (परीक्षक) द्वारा मापा जाता है, और स्थैतिक गरमागरम थ्रेड प्रतिरोध की गणना ओएमए द्वारा की जाती है

6. कार्य करने के लिए प्रक्रिया

1. कारतूस से गरमागरम बल्ब को रद्द करें और कमरे के तापमान पर परीक्षण विद्युत दीपक के थ्रेड प्रतिरोध को निर्धारित करने के लिए एक डिजिटल विद्युत मीटर का उपयोग करें। तालिका 1 में माप परिणाम रिकॉर्ड।

2. लैंप को कारतूस में पेंच करें, दीपक वोल्टैपर विशेषता (वोल्टेज वर्तमान की निर्भरता) को हटा दें। 2-5 मिनट के लिए एक छोटे से संपर्क के बाद हर 5 एमए की वर्तमान ताकत मापें। माप के परिणाम तालिका 1 में दर्ज किए गए हैं।

3. 0 सी और के में सूत्र (18) और (17) प्रतिरोध और धागे के तापमान की गणना करें।

4. गरमागरम के काले रंग के गुणांक में सूत्र (13) की गणना करें। परिणाम तालिका 1 में लिखने की गणना करते हैं।

काले गुणांक की गणना के लिए प्रायोगिक डेटा

तालिका एक

5. तालिका 1 के अनुसार, एक दीपक वोल्टपियर विशेषता, प्रतिरोध निर्भरता और तापमान और शक्ति का काला गुणांक बनाएं।

प्लैंक कानून। बिल्कुल काले शरीर की विकिरण तीव्रता मैं एसएल और कोई भी वास्तविक शरीर मैं तरंग दैर्ध्य पर निर्भर करता हूं।

इसके साथ बिल्कुल काला शरीर सभी तरंगदैर्ध्य की किरणों को le \u003d 0 से l \u003d ¥ के लिए खाता है। यदि यह एक-दूसरे से विभिन्न तरंग दैर्ध्य के साथ किरणों को अलग करने और प्रत्येक बीम की ऊर्जा को मापने के किसी भी तरीके से है, तो यह पता चला है कि स्पेक्ट्रम के साथ ऊर्जा का वितरण अलग है।

चूंकि तरंग दैर्ध्य बढ़ता है, किरणों की ऊर्जा बढ़ जाती है, एक निश्चित लंबाई पर, लहर अधिकतम तक पहुंच जाती है, फिर घट जाती है। इसके अलावा, एक ही तरंग दैर्ध्य के बीम के लिए, इसकी ऊर्जा किरणों को उत्सर्जित करने वाले शरीर में वृद्धि के साथ बढ़ जाती है (चित्र 11.1)।

प्लानके ने पूरी तरह से काले शरीर के उत्सर्जन की तीव्रता को बदलने और तरंग दैर्ध्य के आधार पर तीव्रता को बदलने के निम्नलिखित कानून की स्थापना की है:

मैं sl \u003d c 1 l -5 / (e c / (l t) - 1), (11.5)

समीकरण में प्रतिस्थापित (11.7) प्लैंक का कानून और एल \u003d 0 से एल \u003d ¥ से एकीकृत, हम पाते हैं कि एक बिल्कुल काले शरीर के अभिन्न विकिरण (थर्मल प्रवाह) सीधे अपने पूर्ण (स्टीफन) की चौथी डिग्री के लिए आनुपातिक है -बोल्ट्ज़मान कानून)।

ई एस \u003d सी (टी / 100) 4, (11.8)

एस \u003d 5.67 डब्ल्यू / (एम 2 * के 4) के साथ - बिल्कुल काले शरीर के विकिरण गुणांक

चित्र 11.1 में ध्यान देना। स्पेक्ट्रम के चमकदार हिस्से (0.4-0.8 मीटर) के अनुरूप ऊर्जा की मात्रा यह ध्यान में रखना मुश्किल नहीं है कि यह अभिन्न विकिरण की ऊर्जा की तुलना में कम के लिए बहुत छोटा है। केवल सूर्य ~ 6000K पर, प्रकाश किरणों की ऊर्जा काले विकिरण की पूरी ऊर्जा का लगभग 50% है।

तकनीक में उपयोग किए जाने वाले सभी वास्तविक निकाय बिल्कुल काले नहीं हैं और एक ही समय में पूरी तरह से काले शरीर की तुलना में कम ऊर्जा उत्सर्जित करते हैं। वास्तविक निकायों का विकिरण भी तरंग दैर्ध्य पर निर्भर करता है। काले शरीर के विकिरण के नियमों को वास्तविक निकायों पर लागू किया जा सकता है, शरीर और विकिरण की अवधारणा पेश की जाती है। विकिरण के तहत, यह समझा जाता है कि काले शरीर के विकिरण के समान होता है, इसमें एक ठोस स्पेक्ट्रम होता है, लेकिन प्रत्येक तरंग दैर्ध्य के लिए किरणों की तीव्रता किसी भी व्यक्ति के उत्सर्जित की तीव्रता का निरंतर हिस्सा होता है ब्लैक बॉडी I एसएल, यानी एक संबंध है:

मैं l / i sl \u003d e \u003d conts। (11.9)

ई के मूल्य को काले की डिग्री कहा जाता है। यह शरीर के भौतिक गुणों पर निर्भर करता है। काले निकायों की डिग्री हमेशा एक से कम होती है।

Kirchhoff कानून। प्रत्येक शरीर के लिए, विकिरण और अवशोषण क्षमताओं पर निर्भर करता है और तरंग दैर्ध्य। विभिन्न निकायों में अलग-अलग अर्थ हैं और उनके बीच निर्भरता सर्चॉफ कानून द्वारा स्थापित की गई है:

ई \u003d ई एस * ए या ई / ए \u003d ई एस \u003d ई एस / ए एस \u003d सी एस * (टी / 100) 4। (11.11)

शरीर की अवकाश क्षमता (ई) की अवकाश क्षमता का अनुपात (ए) सभी निकायों के लिए समान रूप से होता है जो समान रूप से काले शरीर की बिखरने की क्षमता के बराबर होते हैं।

किरचॉफ के कानून से, यह इस प्रकार है कि यदि शरीर में एक छोटी अवशोषण क्षमता है, तो इसके साथ-साथ कम झुकाव क्षमता (पॉलिश) दोनों के पास है। बिल्कुल काले शरीर, जिसमें अधिकतम अवशोषण क्षमता है, में सबसे बड़ी विकिरण क्षमता है।

किर्चोगा का कानून मोनोक्रोमैटिक विकिरण के लिए उचित बनी हुई है। सभी निकायों के लिए एक ही तरंगदैर्ध्य पर एक निश्चित तरंग दैर्ध्य पर शरीर के विकिरण की तीव्रता का अनुपात समान होता है यदि वे समान हैं, और संख्यात्मक रूप से बिल्कुल काले निकायों के उत्सर्जन की तीव्रता के बराबर वही तरंग दैर्ध्य और, यानी यह केवल तरंग दैर्ध्य कार्य है और:

E l / a l \u003d i l / a l \u003d e sl \u003d i sl \u003d f (l, t)। (11.12)

इसलिए, कुछ तरंगदैर्ध्य पर ऊर्जा को उत्सर्जित करने वाला शरीर एक ही तरंग दैर्ध्य पर इसे अवशोषित करने में सक्षम है। यदि शरीर स्पेक्ट्रम के कुछ हिस्सों में ऊर्जा को अवशोषित नहीं करता है, तो यह स्पेक्ट्रम के इस हिस्से में विकिरण नहीं करता है।

किरचॉफ के कानून से, यह भी निम्नानुसार शरीर की अश्वेतता की डिग्री अवशोषण गुणांक के बराबर संख्या के बराबर है:

e \u003d i l / i sl \u003d e / e sl \u003d c / c sl \u003d a. (11.13)

लैम्बर्ट कानून। विभिन्न तीव्रता के साथ विभिन्न दिशाओं में थोक विकिरणित चमकदार ऊर्जा अंतरिक्ष में फैली हुई है। कानून दिशा से विकिरण तीव्रता की निर्भरता स्थापित करता है जिसे लैम्बर्ट कानून कहा जाता है।

लैम्बर्ट कानून स्थापित करता है कि डीएफ 2 तत्व की दिशा में डीएफ 1 सतह के तत्व द्वारा उत्सर्जित चमकदार ऊर्जा की मात्रा डीक्यू एन के सामान्य के अनुसार उत्सर्जित ऊर्जा की मात्रा के आनुपातिक है, के आकार के द्वारा डीसी और लागत के स्थानिक कोण, सामान्य (चित्र 11.2) के साथ विकिरण दिशा से बना है:

डी 2 क्यू एन \u003d डीक्यू एन * डीडब्ल्यू * कॉज। (11.14)

नतीजतन, विकिरण सतह पर लंबवत दिशा में चमकदार ऊर्जा की सबसे बड़ी मात्रा उत्सर्जित की जाती है, यानी, (जे \u003d 0) पर। बढ़ती जे के साथ, चमकदार ऊर्जा की मात्रा कम हो जाती है और जे \u003d 90 डिग्री पर शून्य होती है। लैम्बर्ट कानून बिल्कुल काले निकायों और जे \u003d 0 - 60 डिग्री पर फैलाने वाले विकिरण वाले निकायों के लिए पूरी तरह से उचित है।

पॉलिश सतहों के लिए, लैम्बर्ट कानून लागू नहीं है। उनके लिए, जे के साथ विकिरण दिशा में सामान्य होगा, सतह के लिए सामान्य है।