Поглотилось или отразилось
Меняй падающую энергию и свойства непрозрачной поверхности. Сравни поглощённую и отражённую части.
Схему можно прокрутить вбок. Все значения повторены в расчёте ниже.
Баланс для непрозрачной поверхности: прохождения нет. Температура и собственное излучение не рассчитываются; доля поглощения задана для рассматриваемого излучения.
Передача без вещества между телами
Тепловое излучение — перенос энергии электромагнитными волнами. Для него не нужна материальная среда. Теплопроводность и конвекция не могут переносить энергию через идеальный вакуум, а излучение может.
Все тела при ненулевой абсолютной температуре излучают энергию. При комнатных температурах это преимущественно невидимое инфракрасное излучение. Раскалённый металл может излучать достаточно видимого света, чтобы мы наблюдали свечение.
| Способ | Нужна среда? | Перенос вещества |
|---|---|---|
| Теплопроводность | Да | Нет общего потока |
| Конвекция | Да | Есть поток |
| Излучение | Нет | Не требуется |
Излучение передаёт энергию и через вакуум.
Почему мы чувствуем тепло сбоку от огня?
Излучение достигает тела во многих направлениях. Естественный поток горячего воздуха преимущественно поднимается вверх, поэтому боковой нагрев нельзя объяснять только конвекцией.
Поглощение и отражение
Падающее излучение частично поглощается, частично отражается, а в прозрачных материалах частично проходит дальше. Поглощённая энергия может увеличивать внутреннюю энергию тела. Хорошо отражающая поверхность получает меньше энергии при прочих одинаковых условиях.
Тёмная матовая и светлая блестящая поверхности нередко ведут себя по-разному. Однако видимый цвет не полностью определяет свойства в инфракрасном диапазоне. Для точного сравнения нужны свойства поверхности для рассматриваемого излучения.
Поглотилось
Энергия передана телу
Отразилось
Излучение ушло обратно
Прошло
Излучение достигло следующей среды
Нагрев определяется поглощённой, а не всей падающей энергией.
Обязательно ли любой чёрный предмет лучше излучает в инфракрасном диапазоне?
Нет. Цвет в видимом свете и свойства в инфракрасном диапазоне связаны не однозначно. Школьное сравнение матовой тёмной и полированной поверхностей имеет определённые условия.
Солнце глазами космической обсерватории SDO
Солнечная энергия достигает Земли излучением через космическое пространство. Снимок сделан в ультрафиолетовом диапазоне и окрашен условно: это не видимый цвет Солнца.
NASA/SDO/AIA · Общественное достояние · Источник фотографии.
Изображение временно недоступно. Ссылка на источник находится выше.
Термос с закрывающимся горлышком
Термос уменьшает несколько механизмов теплообмена, включая излучение.
Schekinov Alexey Victorovich · CC BY-SA 4.0 · Источник. Без изменений.
Изображение временно недоступно. Ссылка на источник находится выше.
Излучают оба тела
Когда горячее тело находится рядом с холодным, оба излучают и поглощают энергию. В результате обмена больше энергии обычно передаётся от горячего к холодному. При тепловом равновесии обмен не прекращается, но его суммарный результат равен нулю.
В интерактиве сравниваются энергия, пришедшая от источника, отражённая доля и поглощённая доля. Это баланс за выбранное время, а не расчёт окончательной температуры поверхности: для температуры нужно учитывать её массу и все потери.
Баланс падающей энергии
Eпад = Eпогл + Eотр для непрозрачного тела
Поглощение 70 % от 100 Дж
70 Дж остаются в теле
Отражение
Остальные 30 Дж уходят
При равновесии нет чистого переноса энергии, хотя излучение продолжается.
Можно ли по 70 Дж поглощённой энергии сразу назвать температуру?
Нет. Одинаковая энергия по-разному меняет температуру тел разной массы и теплоёмкости; часть энергии может одновременно передаваться окружающей среде.
Термос объединяет три защиты
Между стенками термоса создают сильно разреженную область, чтобы уменьшить теплопроводность газа и конвекцию. Отражающие поверхности уменьшают лучистый обмен. Пробка уменьшает перенос через горлышко и выход тёплого воздуха или пара.
Термос не устраняет все потери: остаются опоры, крышка и неполное отражение. Он способен сохранять и горячее, и холодное содержимое, потому что уменьшает передачу энергии в обоих направлениях.
Стенки и промежуток
Уменьшить перенос через газ
Отражающий слой
Уменьшить лучистый обмен
Крышка
Ограничить обмен через горлышко
Хорошая теплоизоляция учитывает все способы теплообмена.
Почему зеркальные стенки без крышки не сохранят горячую воду надолго?
Через открытое горлышко уходят нагретый воздух и водяной пар. Подавление одного механизма не устраняет остальные.
Шесть выводов
Тест · 10 вопросовОдин правильный ответ в каждом вопросе
Сначала изучи модель и конспект. За каждый верный ответ — 0,5 балла, максимум — 5. После проверки откроются пояснения.
Учебный источник и иллюстрации
Основа: предоставленный учебник «Физика, 8 класс», § 5. Тема и содержание сверены с файлом «8 класс. Физика — § 05. Излучение.pdf». Объяснения, расчётные примеры и модели подготовлены для этого конспекта. Дополнительные зависимости в моделях отмечены отдельно.
Изображения загружаются непосредственно из интернета. Авторство и лицензии указаны под каждой иллюстрацией. Число частиц, размеры и цвета учебных схем условны.