بحث:انتقال گرما

تششع جسم سیاه

( مسعود مقصودی و غلامرضا معظمی )

برای توصیف مشخصه های تشعشعی سطوح حقیقی ، مفهوم جسم سیاه را وارد می کنیم به عنوان ماده ای با خواص زیر

1- جسم سیاه تمامی تشعشعات ورودی را جذب می کند.

2- جسم سیاه در یک طول موج مشخص دارای بیشترین تشعشع صادره است.

3- جسم سیاه یک جسم گسیلنده پخشی است که مستقل از جهت است.

هیچ سطحی دقیقا خواص جسم سیاه را ندارد. بهترین تقریب برای جسم سیاه حفره ای است که سطح داخلی آن در دمای یکنواخت می باشد. اگر تشعشع از روزنه کوچکی به حفره وارد شود بازتاب های متعددی از خود بروز خواهد داد لذا تقریبا تمامی تشعشع ورودی توسط حفره جذب می شود و رفتار حفره تقریبا مانند جسم سیاه است. تشعشع خروجی از روزنه فقط به دمای سطح بستگی دارد، علاوه بر این چون میدان تشعشع در حفره که حاصل جمع گسیل و بازتاب از سطح حفره است و با تشعشع خروجی از روزنه هم شکل است در نتیجه در داخل حفره میدان تشعشع جسم سیاه وجود دارد ، خواه سطح حفره بازتاب کننده خوب باشد خواه جذب کننده خوب.

توزیع پلانک

( مسعود مقصودی و غلامرضا معظمی )

پلانک توانست توززیع طیفی گسیل تشعشع از جسم سیاه را به صورت رابطه زیر به دست بیاورد

$I'(\lambda ,T)={\frac {2hc^{2}}{\lambda ^{5}}}{\frac {1}{e^{\frac {hc}{\lambda kT}}-1}}.$

که در آن h= 6,625 * 10^(-34) j.s و k= 1.3805 * 10 ^(-23) J/K و c0= 2.998 * 10 ^ 8 m/s .

چون جسم سیاه گسیلنده پخشی است توان گسیل طیفی به صورت زیر به دست می آید.

$u(\lambda ,T)={c1 \over \lambda ^{5}}{1 \over e^{c2 \over {\lambda T}}-1},$

c1 = 3.742 * 10 ^ 8 wum^4/m^2 و c2 = 1.439 * 10 ^ 4 um.k

که به توزیع پلانک مشهور است

که ویژگی های زیر را دارد

1- تشعشع گسیل شده بر حسب طول موج به طور پیوسته تغییر می کند .

2- در هر طول موج مفدار تشعشع گسیل شده با افزایش دما افزایش می یابد.

3- ناحیه طیفی که در آن تشعشع متمرکز می شود به دما بستگی دارد و با افزایش دما تشعشع بیشتر برای طول موجهای کوتاهتر است.

4- قسمت بیشتر تشعشع خورشید (جسم سیاه با دمای 5800K )در ناحیه مرئی طیف است.

قانون جایجایی وین

( مسعود مقصودی و غلامرضا معظمی )

توزیع طیفی جسم سیاه یک ماکزیمم دارد و طول موج متناظر آن به دما بستگی دارد

λmax* T = 2897.8 umk

این رابطه را قانون جابجایی وین می نامند. طبق این قانون ماکزیمم توان گسیل طیفی با افزایش دما به طرف طول موجهای کوتاهتر جا به جا می شود . این گسیل در وسط طیف مرئی تشعشع خورشیدی ( جسم سیاه با دمای 5800k ) قرار دارد

قانون استفان بولتزمن

( مسعود مقصودی و غلامرضا معظمی )

توان گسیل کلی جسم سیاه را به صورت زیر می توان بیان کرد:

$Eb=\sigma T^{4},$

که در آن σ = 5.67×10−8 W m−2 K−4

با این رابطه می توان مقدار تشعشع گسیل شده در تمام جهت ها و در تمام طول موجها را فقط با استفاده از دمای جسم سیاه محاسبه کرد

ادغام دو روش همرفت و انتقال جرم

به نظر می‌رسد دو روش انتقال گرمای همرفت و جابجایی جرم در ذیل یک عنوان «جابجایی» بگنجند چرا که همرفت هم همان جابجایی فیزیکی جرم است که در آن جرم مورد نظر سیال است یعنی حالت فیزیکی جامد یا گاز دارد. به تعبیر دیگر جریان همرفت خود زیر مجموعه‌ای از جابجایی فیزیکی جرم محسوب میشود. و همچنین رسانش هم در واقع نوعی جابجایی فیزیکی است که در مقیاس اتم و در میان الکترونها اتفاق افتاده است. پس میتوان نتیجه گرفت که دو روش انتقال گرما وجود دارد یعنی تابش و جابجایی جرم...؟! Fzn.parham (بحث) ‏۴ دسامبر ۲۰۲۲، ساعت ۱۳:۲۳ (UTC)

ادغام مورد ندارد!

روش‌های: «رسانش»٬ «همرفت» و «تابش» (و نیز در برخی از کلاسه‌بندی‌ها: گذار فاز به‌عنوان روش چهارم)٬ همه در باره «جابه‌جایی یا انتقال» گرما از گرم‌تر به سردتر هستند. جابه‌جایی به این مفهوم نباید با تغییر مکان فیزیکی در اثر تفاوت چگالی مواد گرم و سرد (در نگارهٔ اصلی مقالهٔ همرفت آمده) اشتباه گرفته شود. در بالا هم جملهٔ؛«رسانش هم در واقع نوعی جابجایی فیزیکی است» اشتباه است.

توجه به این جملهٔ مقاله می‌تواند ابهام مطرح‌شده را برطرف کند: «در روش رسانش؛ بر خلاف همرفت و تابش گرمایی، گرما از درون خود جسم شارش می‌یابد.» Mpj7 (بحث) ‏۸ دسامبر ۲۰۲۲، ساعت ۲۳:۴۷ (UTC)