CHƯƠNG 3. TRAO ĐỔI NHIỆT BỨC XẠ
3.1. Những khái niệm cơ bản
3.1.1. Trao đổi nhiệt bức xạ
Trao đổi nhiệt bằng bức xạ là quá trình trao đổi nhiệt được thực hiện bằng sóng điện từ.
Ta biết rằng mọi vật có nhiệt độ khác không độ tuyệt đối, do kết quả của quá trình dao động điện từ của các phân tử nguyên tử, đều có khả năng bức xạ năng lượng. Các dao động điện từ được truyền đi trong không gian theo mọi hướng gọi là sóng điện từ. Các sóng điện từ có cùng bản chất, chỉ khác nhau về chiều dài bước sóng. Tuỳ theo bước sóng người ta chia thành tia vũ trụ, tia Rơnghen, tia tử ngoại, tia sáng, tia hồng ngoại và sóng vô tuyến.
Trong kỹ thuật nhiệt, ta chỉ khảo sát những tia mà nhiệt độ thường gặp, chúng có hiệu quả cao (nghĩa là các tia này được vật chất hấp thụ và biến thành nhiệt) các tia này gọi là tia nhiệt. Tia nhiệt bao gồm tia sáng (l =0,4¸0,8 mm) và tia hồng ngoại (l =0,8¸400 mm). Quá trình phát sinh và truyền bá các tia nhiệt trong không gian gọi là bức xạ nhiệt, quá trình trao đổi nhiệt dưới dạng các tia nhiệt gọi là trao đổi nhiệt bức xạ. Các tia nhiệt truyền đi trong không gian khi đập vào các vật khác chúng bị hấp thụ một phần hay toàn bộ để lại biến thành năng lượng nhiệt. Như vậy quá trình trao đổi nhiệt bằng bức xạ liên quan đến hai lần chuyển biến năng lượng: nhiệt năng (nội năng) biến thành năng lượng bức xạ và năng lượng bức xạ lại biến thành nhiệt năng.
Một vật không chỉ có khả năng phát đi năng lượng bức xạ mà còn có khả năng hấp thụ năng lượng bức xạ. Khi nhiệt độ của các vật bằng nhau, trị số năng lượng hấp thụ bằng trị số năng lượng bức xạ ta nói các vật ở trạng thái cân bằng.
Khác với trao đổi nhiệt bằng dẫn nhiệt và trao đổi nhiệt bằng đối lưu, cường độ trao đổi nhiệt không chỉ phụ thuộc vào độ chênh nhiệt độ mà còn phụ thuộc vào giá trị tuyệt đối nhiệt độ của các vật, nghĩa là nếu quá trình tiến hành ở nhiệt độ càng cao thì vai trò của trao đổi nhiệt bằng bức xạ càng lớn. Ngoài ra sự trao đổi nhiệt bằng bức xạ giữa các vật còn có thể tiến hành trong chân không.
3.1.2. Hệ số hấp thụ, hệ số phản xạ và hệ số xuyên qua
Giả sử có dòng bức xạ Q từ vật thể khác đập tới vật thể đang xét thì một phần bị phản xạ QR, một phần được vật hấp thụ QA và một phần xuyên qua vật QD (hình 3.1).
Theo định luật bảo toàn năng lượng ta có:
Q = QA + QR + QD (3.1)
hay (3.2)
Các tỷ số: = A gọi là hệ số hấp thụ
gọi là hệ số phản xạ
gọi là hệ số xuyên qua
Ta có: 1 = A + R + D (3.3)
Giá trị của A, R, D (thay đổi 0¸1) phụ thuộc vào bản chất các vật, phụ thuộc vào chiều dài bước sóng, nhiệt độ và trạng thái bề mặt.
-Nếu A = 1 (R và D = 0) khi đó gọi là vật đen tuyệt đối, nghĩa là vật có khả năng hấp thụ toàn bộ năng lượng đập tới nó.
