Zadanie Zadanie 7.5.26: Promieniowanie termiczne rozżarzonego metalu i mechanizmy wymiany ciepła

Punkty: 3 pkt
Dział: Zjawiska cieplne · Ciepło
Trudność: Poziom trudności: łatwe

Promieniowanie termiczne rozżarzonego metalu, barwy żarzenia i prawo Wiena.

Treść zadania

Podczas kucia i obróbki cieplnej stalowy pręt ogrzewany jest w palenisku gazowym. W zależności od temperatury powierzchnia metalu emituje światło o różnej barwie: - Stan A (żar ciemnoczerwony): temperatura

t_1 = 650^\circ\text{C}

, - Stan B (żar jasnożółty): temperatura

t_2 = 1050^\circ\text{C}

. Przyjmij, że zdolność emisyjna stali

e

nie ulega istotnej zmianie w tym zakresie temperatur. **a)** Oblicz, ile razy rośnie gęstość strumienia emitowanego promieniowania cieplnego (

I = \frac{P}{S}

) przy ogrzaniu pręta ze stanu A do stanu B. **b)** Odwołując się do prawa przesunięć Wiena (

\lambda_{\text{max}} = \frac{b}{T}

), wyjaśnij, dlaczego barwa emitowanego światła zmienia się od ciemnoczerwonej do jasnożółtej. **c)** Wymień trzy podstawowe mechanizmy przekazywania energii cieplnej (przewodnictwo cieplne, konwekcja, promieniowanie) i wskaż, który mechanizm odpowiada za transport ciepła wewnątrz metalowego pręta, a które dominują przy oddawaniu ciepła z powierzchni pręta do otoczenia.

Odpowiedź i wynik końcowy

**a)**

\frac{I_2}{I_1} \approx 4{,}22

(wzrost

4{,}22

-krotny) **b)** Zgodnie z prawem Wiena (

\lambda_{\text{max}} = \frac{b}{T}

) maksimum widma przesuwa się w stronę fal krótszych (od czerwieni do żółci). **c)** Wewnątrz: przewodnictwo cieplne; z powierzchni: promieniowanie cieplne oraz konwekcja.