طبقه بندی دما و علل گرمایش زمین در اتمسفر

طبقه بندی دما در اتمسفر:

تا ارتفاع ۱۳ کیلومتری به نام تروپوسفر، از ارتفاع ۱۲ تا ۴۰ کیلومتری به نام استراتوسفر، از ارتفاع ۴۰ تا ۸۰ کیلومتری به نام فروسفر و از ارتفاع ۸۰تا ۶۰۰ کیلومتری به نام  ترموسفر خوانده می شود . اما کدام لایه در گرمای زمین موثرند؟

تروپوسفر :

پایین ترین لایه است و تجمع تمامی بخار آب جو زمین در آن است ، به همین بسیاری از پدید های جوی از قبیل ابر، باران ، برف ، مه و رعد و برق ، تنها در این لایه رخ می دهند. منبع حرارتی این لایه انرژی تابشی سطح زمین است. ولذا با افزایش ارتفاع دما کاهش می یابد. ضخامت تروپوسفر، از شرایط حرارتی متفاوتی که در عرضهای جغرافیایی مختلف حاکم است تبعیت می کند. این ضخامت معمولا از ۱۷ تا ۱۸ کیلومتر در استوا به ۱۰ تا ۱۱ کیلومتر در مناطق معتدل و ۷ تا ۸ کیلومتر در قطبها تغییر می کند.

استراتوسفر:

 ضخامت متوسط استراتوسفر حدود ۲۳ کیلومتر است. در ۳ کیلومتر اول ، دمای هوا ثابت است اما در قسمتهای بالاتر دمای هوا با ارتفاع افزایش می یابد . در استراتوسفر به ندرت ابر تشکیل می شود. از ویژگیهای مهم استراتوسفر وجود ازن در این لایه است که بخصوص در ارتفاع ۲۰ تا ۳۰ کیلومتری سطح زمین بر اثر واکنشهای مختلف فتوشیمیایی شکل گیری اوزن و تجزیه مولکولهای اکسیژن صورت میگیرد و در اثر این واکنشی گرما ایجاد میشود. مقدار ازن در این لایه معمولا روند فصلی دارد حداکثر آن در بهار و حداقل آن در پاییز مشاهده میشود.

مزوسفر

مزوسفر سردترین لایه اتمسفر تلقی می شود و دما در آن متناسب با افزایش ارتفاع با آهنگ، 3/0 سانتیگراد به ازای هر 100 متر کاهش می باید به طوریکه دما در مرز فوقانی آن در ارتفاع ۸۰تا ۹۰ کیلومتری به ۸۰- درجه سانتیگراد می رسد. و نتیجه این دمای پایین انجماد بخار آب ناچيز موجود در این لايه است که باعت بوجود آمدن ابرهای شب تاب می شوند. این ابرها در تابستان عرض های بالا دیده می شوند.

يونوسفر :

 از بخش فوقانی مزوسفر تا ارتفاع تقریبی ۱۰۰۰ کیلومتری اتمسفر زمین، بار الکتریکی شدیدی حاکم است که زایده وجود یونها و الکترونهای آزاد است. در حقیقت پرتوهای پر انرژی خورشید که از فضای خارج به طبقات بالایی اتمسفر وارد می شوند باعث گستگی پیوند یا یونیزاسیون مولکولها و اتمها می شوند. بر اثر یونیزاسیون، الکترون آزاد می شود و باقی مانده اتم به صورت یون در می آید. شدت یونیزاسیون در تمام ارتفاعات یونسفر یکسان نیست، بنابراین لایه های متفاوت با تراکم الکترون و یون متفاوت با ارتفاعات مجاور خود در یونسفر وجود دارد ، این لایه ها در ارتباطات رادیویی اهمیت بسیاری دارند

اگزوسفر : شرایط موجود در یونوسفر در این لایه نیز حاکم است: بدین معنی که گازها در این لایه همچنان قابلیت هدایت الکتریکی خود را حفظ می کنند. سرعت ذرات در این لایه بسیار زیاد است و در مواردی به 2/11کیلومتر در ثانیه می رسد. اگزوسفر لایه گذار جو به فضای کیهانی به شمار می آید که بخش فوقانی آن را در ارتفاع بیش از سه هزار کیلومتری از سطح زمین برآورد کرده اند، از اگزوسفر به بعد دما باز هم افزایش می یابد و توجیه آن ، خروج از حیطه زمین و کاسته شدن اثرات حرارتی آن و نزدیک شدن به منبع اصلی گرما در منظومه شمسی است. از اینجا به بعد تغییرات دما سیر صعودی دارد.

راههای گرمایش اتمسفر زمین

گرم شدن یا گرمایش زمین (اWarTThing Global) نام پدیدهای است که منجر به افزایش میانگین دمای سطح زمین و اقیانوسها می شود. پنج راه گرمایش اتمسفر را در ادامه و در قالب پنج صفحه پی در پی مرور می کنیم.

در طول ۱۰۰ سال گذشته، کره زمین به طور غیرطبیعی حدود 74/0 درجه سانتیگراد گرمتر شده که این موضوع دانشمندان را نگران کرده است. برخی از دانشمندان معتقدند که دهه های پایانی قرن بیستم، گرمترین سال های ۴۰۰ سال اخیر بوده است.

گزارش ها حاکی از آن است که ۱۰ مورد از گرمترین سالهای جهان تنها از سال ۱۹۹۰ تا سال ۲۰۰۷ به ثبت رسیده است که این میزان در ۱۵۰ سال گذشته بی سابقه بوده است . به نظر می رسد فعالیتهای صنعتی در ایجاد این مشکل بسیار موثر است و در گرم شدن کره زمین کمک می کند.

 درسال ۱۸۸۰ اندازه گیری دمای هوای کره زمین آغاز شدهاست و تاکنون نیز ادامه دارد. پیش بینی می شود تا سال ۲۰۱۴ زمین شاهد رکورد بی سابقه «گرم شدن» باشد. همچنین گفته می شود گرم شدن کره زمین، در سال ۲۱۰۰ باعث خشکسالی شدید، گرمای سوزان و طوفان های وحشتناک خواهد شد، مورد دلایل این پدیده، یک سری از تئوری ها بر تأثیر گازهای گلخانه ای بر این فرآیند مبتنی است و برخی دیگر فرآیندهایی قیر فعالیتهای آتشفشانی و زمین گرمایی و همچنین فعالیت های خورشیدی را دلیل این پدیده میدانند. استناد این دانشمندان برای گفته های خویش ، وقوع دورههای سرد و گرم در طول مدت زمانی است که از عمر زمین میگذرد.

پنج راه گرمایش اتمسفر زمین اتمسفر

 اتمسفر زمین تمام گرمای طبیعی خود را مستقیم یا غیر مستقیم به طرق ذیل از خورشید دریافت می کند: 1)انرژی تابشی

 انرژی تابشی دریافت شده از خورشید گستره ای از طول موجهاست. بنام طیف خورشیدی . در این طیف وسیع بلندترین امواج( امواج رادیویی) حدود ده برابر امواج کوتاه (اشعه گاما) می باشد.

2) تشعشعات زمین

انرژی جذب شده در طول روز توسط زمین به صورت تشعشع خروجی در شب هنگام را تشعشع زمین گویند.

3) انتقال آشفته

دومین راه گرم شدن اتمسفر انتقال انرژی بوسیله هدایت مستقیم گرما از سطح زمین به اتمسفر با تماس مستقیم با آن است. هوا یک هادی خیلی ضعیف انرژی گرمایی است چرا که فقط پایینترین قسمت اتمسفر بوسیله آن گرم میشود . اما به محض گرم  شدن ، هوا گسترش یافته، صعود میکند و از طریق همرفت، گرما را به سطوح بالا انتقال میدهد. ترکیب اعمال هدایت و همرفت در گرم کردن هوا را معمولاً تبادل گرمایی آشفته می نامند.

4) گرما نهادن

گرمایی است که در زمان تغییر حالت، در اجسام ذخیره می شود . می دانیم که در این حالت دما تغییر نمی کند. 5) پدیده گلخانه

 جو و یا هوای اطراف ما، شبیه یک گلخانه است. گازهای گلخانهای در جو درست مثل شیشه های گلخانه عمل می کنند.

انرژی گرمایی خورشید

 

انرژی گرمایی خورشید

 

خورشید یکی از منابع اصلی و بزرگ برای کره خاکی بوده و بطور مستقیم و یا قیر مستقیم روی فعل و انفعالات پدیده های فیزیکی آن مؤثر می باشد، خورشید نه تنها خود منبع عظیم انرژی است، بلکه سرآغاز حیات و منشاء تمام انرژیهای دیگر است. تابش خورشید در رشد نباتات و زندگی انسان و حیوانات اتی بسیار مهمی داشته و در کشاورزی و صنعت به وجود نور بیش از پیش نیاز است.

 در این صفحه اطلاعات اولیه خود را در مورد خورشید مرور کرده و در ادامه نوع تابشهای خورشیدی را بهتر میشناسیم.

تاریخ تولد خورشید : طبق برآوردهای علمی در حدود 6۰۰۰ میلیون سال از تولد این گوی آتشین میگذرد.

میزان توانایی تولید انرژی

در هر ثانیه، 2/4میلیون تن از جرم خورشید به انرژی تبدیل می شود و تا ۵ میلیارد سال تداوم خواهد داشت.

وزن خورشید : وزن خورشید حدود ۳۳۳ هزار برابر وزن زمین است.

قطر خورشید : ۰۰۰ ۳۹۰۰۰ (سی و نه میلیون ) کیلومتر است.

ترکیبات : 86/8درصد هیدروژن و ۳ درصد هلیوم و ۶۳ عنصر دیگر که مهمترین آنها اکسیژن، کربن، نئون و نیتروژن است. دمای خورشید : در مرکز خورشید حدود ۱۰ تا ۱۴ میلیون درجه سانتیگراد می باشد که از سطح آن با حرارتی نزدیک به 5600 درجه و به صورت امواج الکترومغناطیسی در فضا منتشر می شود.

فاصله زمین تا خورشید : زمین در فاصله ۱۵۰ میلیون کیلومتری خورشید واقع است و ۸ دقیقه و ۱۸ ثانیه طول می کشد تا امور خورشید ( با سرعت ۳۰۰ هزار کیلومتر در ثانیه ) به زمین برسد و همانطور که میدانیم این تابشها با برخورد به زمین اثرات گرمایی بیشتری خواهند داشت . جذب انرژی تابشهای خورشیدی توسط جو زمین به نوبه خود منبعی برای تابش می شود.

کاربردهای انرژی خورشید

از انرژی خورشیدی توسط سیستمهای مختلف و برای مقاصد متفاوت بهره گیری می شود مانند:

۱) استفاده از انرژی حرارتی خورشید برای مصارف خانگی، صنعتی و نیروگاهی ،

۲) تبدیل مستقیم پرتوهای خورشید به الکتریسیته بوسیله تجهیزاتی به نام فتوولتائیک، به پدیلهای که در اثر تابش نور بدون استفاده از مکانیزمهای محرک، الکتریسینه تولید کند پدیده فتوولتائیک و به هر سیستمی که از این پدیدهها استفاده کند. سیستم فتوولتائیک گویند. ماشین حساب ، ساعت، رادیو، ضبط صوت و وسایل بازی کودکانه یا هر نوع وسیلهای که با باتری خشک کار می کند، از کاربردهای این سیستم می باشد.

تابشهای خورشیدی

انرژی خورشید:

 به انرژی تولید شده توسط تور خورشید، انرژی خورشیدی گویند. این انرژی بصورت پرتوهای تابشی به زمین می رسد تابشهای خورشید به سه شکل مختلف تنها منشاء گرمای زمین است، این شکلهای مختلف مطابق تصویر ۲۹ عبارتند از:

ACتابش مستقیم خورشید :

بخشی از تابش خورشید که بدون تفرق یا جذب در مسیری مستقیم به طرف زمین تابیده می شوند.

1K تابش پخشی خورشید:

بخشی از تابش است که توسط اجزاء اتمسفر جذب ودر تمام جهات ویا بطرف زمین تابیدہ میشود.

EDBFتابشی بازتابی خورشید :

بخشی از تابشهای خورشیدی که پس از برخورد با موانع و اجسام به اطراف گسیل می شود.

 

عوامل موثر بر تابشهای خورشیدی

 تشعشعات خورشیدی به هر شکلی که به زمین میرسند در هر صورت کمتر از مقداری هستند که از خورشید جدا شده اند. مطابق آنچه که در صفحه بعد نیز آمده، میزان تابش های خورشیدی به طول مسیر پیموده شده در جو و همچنین ترکیبات جوی اعم از ابرها، رطوبت، گردوغبار، دودومه که در طول مسیر تابش قرار دارند بستگی دارد. حتی زمانیکه هوا کاملاً صاف بنظر می رسد مولکولهای هوا باعت تفرق تابش ها در طول موج کوتاه و در محدوده آبی شده و رنگ آسمان آبی رنگ جلوه می کند

مثالی از بررسی عددی یک تابش مستقیم

براساس یک تحقیق بعمل آمده در عرض جغرافیایی 8/41 درجه در سطح دریا و طی یک روز روشن ، مطابق شکلی ، کل انرژی تابشی خورشیدی رسیده شده به شکل مستقیم شامل ۳ درصد اشعه فرابنفشی ۳8 درصد نور مرئی و۵۹درصد تابش مادون قرمز است .

تابش در هوای ابری و آلوده

در این شرایط کلی تابش رسیده به زمین که باعث گرمایشی می شود و ۵۹مادون قرمز ۶ بصورت تابش بخشی است

بررسی عددی تابش بازتابی

سطوحی مانند چمن، درختتان، سنگ ها و بتن حدود ۲۰ درصد تشعشعاத دریافتی را منعکس و ۸۰ درصد انرژی را جذب می کنند وسطوحی روشن شفاف و براق ، مانند برف، ۷۰ درصد تشعشات را منعکس و تنها ۳۰ درصد آنها را جذب می کند.

رفتار زمین و اتمسفر آن در برابر خورشید

بیش از شناخت لایه های مختلف در این صفحه به شکلی عمومی رفتار زمین را در برابر گرمای خورشید مرور می کنیم .

گرمای اتمسفر زمین از کجاست ؟

با شناخت انواع تابشهای خورشیدی در صفحه قبل به زبان ساده می توان گفت که گرمایش مستقیم هوا از طریق جو زمین بوده و گرمایش جو زمین هم از طریق تابشی خورشیدی فقط به صورت غیر مستقیم و از طریق انرژی جذب شده توسط سطح زمین صورت میگیرد (در تصویر ۳۴ بمیزان ۴۶ درصد) و میزان آن به سطح زمین و طبیعت آن از نظر اقلیمی بستگی دارد. راههای مختلف گرمایش اتمسفر زمین و جزییات بیشتر در این زمینه در دو صفحه بعد آمده است.

انرژی موثر جذب شده توسط زمین

در شرایط آسمان صاف ، تابش مستقیم خورشید غالب می باشد تابش طول موج کوتاه به سهولت توسط مولکولهای گاز، بخار اب ، قطرات ریز آب ، غبار و ذرات معلق دیگر و به ویژه توسط ابر پخش یا منعکس می شود. حدود 50 درصد مقدار تابش پخش  یا منعکس شده در جو ، به زمین رسیده و باقیمانده به فضا بر میگردد.هم وضعیت جوی و هم ضخامت جو که اشعه خورشید باید از آن عبور کند، اثر شدیدی بر مقدار تابش خورشیدی که عملاً به سطح میرسد، می گذارند.

به علت عبور اشعه از جو با ضخامت زیاد، مقدار تابشی که نهایتا به سطح زمین میرسد بسیار کاهش پیدا می کند.اگر چه تابشی تورشیدی نقش اصلی را در گرم کردن سطح زمین ایفا می کند، ولی اثر مستقیم آن در گرم کردن جو کم است.

فرایند مهم اقلیمی گرم کردن هوای اطراف ما، عمدتا از طریق سطح زمین که بواسطه جذب انرژی خورشید گرم شده و خود منبعی برای تابش است ، انجام می گیرد . محدوده طول موج آن از 3/0 میکرومتر تا 100 میکرومتر بوده ولی بیشترین قسمت انرژی بین طول موج 4/0 میکرومتر تا 5/0 میکرومتر می باشد . امواج در این طول موجها به آسانی توسط بخار آب و گاز کربنیک موجود در جو جذب می شوند .       

 

انتقال همرفتی گرما

انتقال همرفتی گرما

در همرفتی انتقال گرما از راه انتقال مولکول ها صورت می گیرد.

 چنانچه ظرف آبی را به وسیله شعله ای گرم کنیم، اگر شعله به یک قسمت از ظرف آب نزدیک باشد، پس از مدتی مشاهده خواهیم کرد تمام آب به جوش می آید. علت این پدیده آن است که آب در مکانی که گرما می گیرد منبسط و سبک می شود و به طرف بالا حرکت می کند و آب سرد که سنگین تر است جای آن را می گیرد. این عمل آنقدر ادامه می یابد تا آنکه تمام .آب گرم شده و سرانجام به جوش می آید، هوا نیز همین گونه است.

 

در صورت تداوم شعله، این سیکل ، آنقدر ادامه دارد تا تمام آب مخزن گرم شود. منبع آب گرمکن یا شوفاژ، دودکشی کارخانه ها، بر اساس همین پدیده عمل می کنند. در مایعات و گازها (سیالات) که مولکول ها به آسانی می توانند جابجا شوند،گرما از راه همرفتی منتقل میشود، وجود جریان های گرم و سرد دریایی و وزش انواع بادها در اثر جریان همرفتی بوجود میاید.

• گرمایش یک اتاق به شکل همرفتی یا جابجایی هوا چگونه است ؟

مطابق تصویر در بخشی از اتاق که بخاری گازسوز همرفتی وجود دارد، هوا گرم و سبک شده و به طرف بالا حرکت میکند و کمی آنطرفتر، جایی که اتاق سردتر است و بخاری وجود ندارد، هوای گرمی که بالا رفته، سرد و سنگین شده و بطرف پایین سقوط می کند، عامل اصلی این جریان جابجایی همان بخاری است و آنقدر گرمایش خود را ادامه میدهد تا دمای کل هوایی اتاق را یکی کند.

شرایط لازم برای ایجاد جریان همرفتی :

 ۱. ماده مورد نظر مایع یا گاز باشد ( بدلیل اینکه مولکولهای ماده مورد نظر بتوانند حرکت کنند )

 ۲. بین دو نقطه اختلاف دما وجود داشته باشد. مانند نقطه A و نقطه B ( شکل بالا)

 ۳. قسمت گرم پایینتر از قسمت سرد باشد.

نقش چگالی در انتقال همرفتی : جابجایی مولکولها در همرفتی بر اثر تغییر چگالی آنهاست.

 رسانش هوا: با جلوگیری از جریان هوا می توان مانع انتقال همرفتی گرما شد. برای همین ، فضاهای میان دیوارهای ساختمان را با اسفنج پر می کنیم و خودمان را با لایه های پشمی می پوشانیم. هوا رسانایی ضعیفی است و اگر ما بتوانیم آنرا گیر بیاندازیم، میتوانیم از انتقال همرفتی گرما هم جلوگیری کنیم .

انتقال رسانشی گرما

 

انتقال رسانشی گرما

رسانش : وقتی در محیط ساکنی، اعم از جامد یا سیال ، تغییرات دما وجود دارد برای انتقال گرمایی که در محیط روی میدهد از واژه رسانش استفاده می کنیم . در روش رسانشی یا رسانایی ماده ثابت است و انتقال گرمابه وسیله مولکولها، اتم ها و الکترون های آزاد یک جسم به مولکول ها و اتم هاب دیر آن جسم است .تصویر مقابل مولکول A گرمترین ومولکول C سردترين مولکول است .

 

مولکول A انرژی گرمایی را تبديل به و پیوسته این جنبش و تحرک را به مولکولهای همجوار منتقل میکند هر چه شدت انرژی گرمایی A بیشتر باشد انرژی جنبشی سریعتر و با شدت بیشتر به مولکولهای دورتر C منتقل میشود.

هنگام بحث در مورد رسانش باید مفاهیمی چون فعالیت اتمی و مولکولی را مورد توجه قرار دهیم زیرا فرآیندها در این سطوح است که انتقال گرما را تداوم می بخشند. رسانش را به عنوان انتقال انرژی از ذرات پرانرژی به ذرات کم انرژی ماده، بر اثر در هم کنش های بین آنها می توان دانست. نمونه هایی از انتقال گرمای رسانشی عبارتند از:

۱) انتهای آزاد یک قاشق فلزی که به طور ناگهانی در فنجان قهوهای داغی غوطه ور می شود.

۲) انرژی زیادی که در یک روز سرد زمستانی از اتاق گرمی به هوای خارج منتقل می شود.

مقایسه رسانش در مواد: رسانش گرمایی در هر سه حالت جامد، مایع و گاز صورت می گیرد، اما انتقال گرما در جامدات بیشتر است، زیرا هر چه مولکول ها به هم نزدیک تر باشند، گرما با سرعت بیشتری در ماده منتقل می شود. در بین جامدات نیز | سانش به جنس آن ها بستگی دارد. بطوریکه در فلزات رسانش بسیار قوی و سریع است.

• در بین فلزات نیز رسانایی نقره، مس، طلا، آلومینیوم بیشتر از بقیه است.
• مایعات به خصوص آب معمولاً رسانایی ضعیف گرما هستند. (جیوه فلز مایع و فلزات مذاب رسانا هستند.)
• گازها و از جمله هوا نیز رسانای ضعیف گرما هستند.

دلیل رسانش بالای فلزات :

در پدیده رسانش وجود الکترون های آزاد بسیار موثر است و فلزات دارای الکترون های آزاد بسیار زیادی هستند. هنگامی که به نقطه ای از فلز گرما بدهیم الکترون های آزاد انرژی جنبشی بیشتری به دست می آورند و سریعتر حرکت می کنند، الکترون های سریع حامل انرژی، از قسمت های گرم فلز به بخش سرد آن پخش میشوند و در برخورد با مولکولهای فلز، انرژی جنبشی خود را به آن منتقل میکنند، با این فرایند انرژی گرمایی به سرعت از قسمت های گرم به قسمت های سرد منتقل میشود.

اصول انتقال رسانشی :

۱. در رسانش مولکولهای گرم منتقل نمیشوند بلکه انرژی خود را به صورت انرژی جنبشی به مولکولهای سرد مجاور انتقال می دهند به عبارت دیگر در روش رسانایی ماده ثابت است و گرما از مولکولی به مولکولی دیگر منتقل می شود.

2- انتقال گرما در جامدات بیشتر صورت می گیرد زیرا مولکولهایشان بهم نزدیکتر است.

3- هرچه مولکولهای یک جسم نزدیکتر باشند گرما با سرعت بیشتری در آن انتقال مییابد، در فلزات مولکولها به هم نزدیکترند.

4-  قابلیت رسانش جامدات به جنسی آنها بستگی دارد بطوریکه رسانایی نقره، مس، طلا، آلومینیوم بیشتر از بقیه جامدات است.

5-مایعات و گازها از جمله هوا رسانایی ضعیف گرما هستند و از اینروست که بین شیشه های دوجداره، هوا نقش عایق را دارد.

اصول انتقال تابشی

اصول انتقال تابشی

 

ضریب تابش :

 دانستیم که بخشی از انرژی گرمایی ، بصورت تابش بسوی افراد، اجسام و سطوح مختلف پراکنده می شود، در بین اجسامی که در معرض تابشهای گرمایی قرار میگیرند اجسام سیاه بیشترین انرژی گرمایی را جذب خواهند کرد. در مورد انسان چنانچه این امواج به آنها برخورد نماید مجددا به انرژی گرمایی تبدیل شده و در انسان احساسی گرما ایجاد می کند. اگر چه سطح ایده الی در جذب گرما سیاه عنوان شده است اما اشیاء و اجسامی مانند شیشه های پنجره، مبلها، کف ، دیوار، فرشها و میز و صندلی هر یک ضریب تابش مخصوص به خود را داشته و میزان متفاوتی از این تابش ها را جذب می کنند ، این میزان با نام ضریب تابش قابل محاسبه است.

رابطه فرکانسی تابشی و دمای جسم

با افزایش دمای سیستم، فرکانس تابش از قرمز به سمت زرد، سبز، آبی و سرانجام به ماورای بنفش جابجا می شود. اجسام در دمای معمولی ، تابش هایی با طول موجهای بلند دارند، با افزایش دما، رنگ تابش ( طول موج) تغییر می کند، اما تابش های قبلی را نیز با شدت کمتری ادامه می دهد. بنابراین با افزایش دمای سیستم، بسامد(فرکانسی ) تابش نیز افزایش خواهد یافت.

• از اصول انقال گرما بصورت تابشی چه می دانید؟

1)تابش در خلاء

در تابش نیازی به ماده نیست و مولکولها انرژی را جابجا نمی کنند ، چنانچه تابشی خورشید در خلام منتشر می شود.

2) تابش در طول موج خاص

در تابش انرژی بصورت پرتوهای مادون قرمز پراکنده می شود و چنانچه به هرجسمی بتابند گرمای زیادی تولید می کنند .

 ٣) تاثیر سطح تابش در میزان تابش

هر چه سطح خارجی یک جسم و دمای مطلق آن بیشتر باشد میزان تابش گرمایی آن بیشتر است .

 ۴) تأثیر جنسیت در تابش

 اجسامی که پرتوهای گرمایی را خوب تابشی کنند بهتر هم جذب می کنند .

۵) تاثیر رنگ در تابش

 اجسامی که سطح آنها تیره است هم تابش کننده و هم جذب کننده بسیار خوبی هستند.

 ۶) واکنش سطوح صیقلی در تابش اجسام

 با سطوح صیقلی تابش کننده و جذب کننده خوبی نیستند اما رفلکتور و منعکس کننده خوبی برای تابش هستند.

 ۷) نقطه تعادل تابش گرمایی

هر جسمی در هر لحظه هم تابش گرمایی دارد و هم تابش گرمایی را جذب می کند تا به نقطه تعادل برسد

نکته:

 به دلیل تقسیم بندی مطالب در فصول جداگانه در این بخش فقط به شناخت اصول انتقال تابش گرما پرداخته شده و در صفحه 230 یعنی فصل تاسیسات گرمایشی معرفی سامانه های گرمایشی تابش متداول به تفصیل آمده است

شناخت موج و مفهوم تابش

شناخت موج و مفهوم تابش

 

نکته : در بین امواج مکانیکی ، امواج مکانیکی امواجی ساده تر هستند ، که مشهورترین آنها امواج صوت، امواج زلزله و امواجی از آب دریا است که به صخره ها اصابت می کنند ، در تقسیم بندیها به این امواج اشارات مختصری شده اما این امواج مورد نظر ما نیستند.

موج: به هر آشفتگی در محیط که در فضایا فضازمان منتشر می شود و اغلب حامل انرژی است موج می گویند.

ساده ترین مثال برای شناخت موج زمانی است که با هدف باز شدن پیج و تاب یک شیلنگ، آب، آنرا به شدت به بالا و پایین حرکت می دهید ( A ) و یا سنگی را به یک برکه آب ساکن پرتاب میکنید (B).

 

انواع موج : موجها به دو دسته امواج طولی و امواج عرضی تقسیم می شوند.

امواج عرضی به امواجی گفته می شود که دارای ارتعاشهایی عمود بر جهت انتشار موج باشند. مانند تصویر A .

 امواج طولی دسته ای از امواج هستند که در جریان انتشار موج دارای نوسانات موازی هستند مانند امواج صوت و زلزله تصویر B.

امواج الکترومغناطیسی : امواج الکترومغناطیسی نوعی موج عرضی پیش رونده هستند که از میدان های الکتریکی و مغناطیسی ساخته شده اند. میدان الکتریکی در صفحه عمودی و میدان مغناطیسی در صفحه افقی واقع است.

 

منبع تولید موج الکترومغناطیسی : منبع تولید آنها تغییرات سریع میدانهای الکتریکی یا مغناطیسی است.

مفهوم تابشی : تابشی ، نوعی موج است که در هر طول موجی ممکن است رخ داده و در فضا منتشر شود.

 تابش الکترومغناطیسی : طیف طولانی از طول موج های بلند رادیویی تا طول موج های کوتاه پرتو ایکس را شامل می شود.

مفهوم تابش نور و تابش موج : انسان با چشمان غیر مسلح، فقط بخش کوچکی از تابشهای امواج الکترو مغناطیسی بصورت نورهای رنگی می بیند و لذا این بخشی از تابشهای الکترومغناطیسی را بنام نور یا تابش نور می شناسد.

طول موج ، انرژی و دمای امواج

محدوده انرژی امواج: بخش زیادی از انرژی امواج در محدوده کم عرض همان قسمت مرئی واقع است یعنی ۴۰۰ تا ۷۰۰ نانومتر. در این محدوده هر رنگی طول موج و انرژی مخصوصی به خود را دارد.

 انرژی و دمای امواج : طول موجهای آبی رنگ دارای کمترین دما و طیف مادون قرمز دارای بیشترین دما و انرژی هستند. و لذا در بین تمام طول موجهای تصویر ذیل فقط در محدوده طیف مادون قرمز شاهد انرژی گرمایی بالایی هستیم.

 با افزایش دمای سیستم، فرکانس تابشی نیز افزایش می یابد.

 نامهای دیگر امواج الکترومغناطیسی : این امواج برحسب بسامدشان (فرکانس) نامهای گوناگونی دارند که عبارتند از: امواج رادیویی ، میکرو موج، فروسرخ (مادون قرمز)، نور مرئی، فرابنفش (ماورابنفش ) ، پرتو ایکس ، پرتو گاما

 لاندا ( ) فاصله بین این قله های موج آنچنان کوچک است که واحد آن را نانومتر (ده به توان منفی نه) می گویند.

 نانومتر nm نانومتر برابر با یک میلیاردم متر . ( به کمک جدول تقسیمات متریک در صفحه بعد اطلاعات خود را مرور نمایید)

در نمودار زیر اعداد برحسب متر m نوشته شده اند و در نمودار قابل رویت بر حسب نانومتر nm

 

 

امواج نوری : دارای طول موج (رنگ ) و دامنه موج (انرژی نورانی ) هستند. چشم انسان به طول موج مابین ۴۰۰ تا ۷۰۰ نانومتر (4/0تا 7/0میکرومتر) حساسی است . حیوانات و خصوصا پرندگان دامنه دید رنگی بیشتری نسبت به انسانها دارند.

• تابش گرمایی نور خورشید یا هر منبع گرمایی دیگر توسط امواج مادون قرمز یعنی چه؟

محدوده تابش گرمایی : در فاصله طول موج مادون قرمز (7/0 تا ۴۰۰ میکرومتر) انتقال انرژی بصورت حرارتی است و در سایر طول موجهای طیف الکترومغناطیسی از ایکس و گاما تا امواج رادیویی هر چند تابشی محسوب شده و کاربردهای فراوانی دارند. اما در تابش حرارتی چندان نقشی نداشته و در بحث تابش گرمایی و حرارتی مورد نظر نیستند.

جدول پیشوندهای سیستم متریک

 

10^24	یوتا	Y	سپتیلیون	کادریلیون	1.000.000.000.000.000.000.000.000.000
10^21	زتا	Z	سکستیلیون	تریلیارد (هزار)	1.000.000.000.000.000.000.000
10^18	اگزا	E	کوینتیلیون	تریلیون	1.000.000.000.000.000.000
10^15	پتا	P	کادریلیون	بیلیارد (هزار)	1.000.000.000.000.000
10^12	ترا	T	تریلیون	بیلیون	1.000.000.000.000
10^9	گیگا	G	بیلیون	میلیارد (هزار)	1.000.000.000
10^6	مگا	M	میلیون		1.000.000
10^3	کیلو	K	هزار		1000
10^2	هکتو	H	صد		100
10^1	دکا	da	ده		10
10	-	-	یک		1
^1-10	دسی	d	دهم		1/0
^2-10	سانتی	C	یک صدم		01/0
^3-10	میلی	m	هزارم		001/0
^6-10	میکرو		یک میلیونم		000.001/0
^9-10	نانو	n	میلیاردم	میلیاردم	000.000.001/0
^12-10	پیکو	p	تریلیونم	میلیاردم	000.000.000.001/0
^15-10	فمتو	f	کادریلیونم	بیلیاردیم	000.000.000.000.001/0
^18-10	اتو	a	کوینتیلیونم	تریلیونم	000.000.000.000.000.001/0
^21-10	زپتو	z	سکستلنیوم	تریلیاردم	000.000.000.000.000.000.001/0
^24-10	یوکتو	y	سپتیلیوم	کادریلیونم	000.000.000.000.000.000.000.001/0

 

 

 

راههای انتقال گرما

رابطه انتقال گرما با انتقال انرژی

همه اجسام (جاندار و بیجان هر لحظه ممکن است در حال جذب گرما بوده و یا گرمای خود را از دست بدهند . این تبادلات گرمایی در واقع به معنای انتقال انرژی است و این انتقال انرژی همیشه از اجسام گرم به اجسام سرد است .

 

•  شکلهای مختلف انتقال گرما  کدامند ؟

راههای انتقال گرما

 اجسام در هر لحظه به سه شکلی در حال تبادلات گرمایی هستند :

 ۱. تابشی را از طریق امواج

 ۲. رسانشی ؛ مولکولی به مولکولی

۳. همرفتی : جابجایی مولکولی

مقایسه سرعت انتقال گرما در سه روشی :

سرعت انتقال گرما از طریق همرفتی < سرعت انتقال گرما از طریق رسانایی <سرعت انتقال گرما از طریق تابشی

آنتروپی سیستم یعنی چه؟

 

آنتروپی سیستم یعنی چه؟

انتروی یابی نظمی (S) کمیتی ترمودینامیکی است که اندازهای برای درجه بینظمی در هر سیستم است. هرچه درجه بینظمی بالاتر باشد، آنتروپی بیشتر است. بنابراین برای یک ماده معین در حالت تعادل درونی کامل در هر حالت، داریم:

 انتروپی جامد < انتروپی مایع< انتروپی گاز

واحد انتروپی در سیستم SI، ژول برمول کلوین است. (mol K/j).

 توجه به این نکته ضروری است که انتروپی یک تابع مستقل از مسیر است.

انتقال گرما چیست ؟

انتقال گرما چیست ؟

به بیان بسیار ساده می توان این گونه بیان کرد که انتقال گرما، گذر انرژی بر اثر اختلاف دماست. در واقع هر گاه میان دو جسم یا دو محیط ا اختلاف دما وجود داشته باشد انتقال گرما ( به طرق مختلف)روی خواهد داد.

مدت زمان انتقال گرما

به خودبه خودی، این زمان به میزان اختلاف دما بستگی دارد. اگر دو سیستم در حال ارتباط با یکدیگر هم دما نباشند، گرما از ناحیه پردما (گرم) به ناحیه کم دما (سرد) جریان می یابد. و این جریان تا زمانی ادامه می یابد که دو سیستم هم دما شوند.

 

دلیل ترمودینامیکی انتقال گرما

 انتقال گرما از جسم گرمتر به جسم سردتر به دلیل افزایش آنتروپی سیستم بوده و خودبه خودی است.