Vad skiljer strålning från konduktion och konvektion som värmeöverföringsmekanism?
Strålning är värmeöverföring genom elektromagnetiska vågor och kräver inget medium.
Till skillnad från konduktion och konvektion kan strålning ske i vakuum och är en ytbaserad mekanism som beror starkt på temperatur.
Vad menas med emission, irradiation, absorption, reflektion och transmission, och hur hänger de ihop?
Emission (E): strålning som lämnar en yta p.g.a. dess temperatur
Irradiation (G): strålning som träffar en yta
Absorption (αG): del av G som absorberas
Reflektion (ρG): del av G som reflekteras
Transmission (τG): del av G som passerar igenom
De uppfyller:
𝛼+𝜌+𝜏=1
Vad är en svart kropp (blackbody) och vilka tre idealiserande egenskaper har den?
En svart kropp är en ideal referensyta som:
Har maximal emission vid given temperatur (𝜀=1
Absorberar all infallande strålning (𝛼=1,𝜌=𝜏=0)
Är en diffus emitter (emission oberoende av riktning)
Vad säger Plancks lag och Stefan–Boltzmanns lag, och varför är temperaturberoendet så starkt?
Plancks lag beskriver den spektrala strålningen från en svart kropp som funktion av våglängd och temperatur.
Stefan–Boltzmanns lag är integralen av Plancks lag och ger total emission:
𝐸𝑏=𝜎𝑇^4
Temperaturberoendet är starkt eftersom emissionen växer med fjärde potensen av temperaturen.
Vad är emissivitet 𝜀, hur definieras den, och varför beror den på våglängd?
Emissiviteten definieras som: ε = E/Eb
Den anger hur mycket en verklig yta strålar jämfört med en svart kropp. För verkliga material varierar 𝜀 med våglängd, ytstruktur och temperatur.
Vad innebär antagandet om en grå yta (grey surface) och varför används det så ofta?
En grå yta antas ha konstant emissivitet oberoende av våglängd.
Detta förenklar beräkningar kraftigt och ger ofta tillräckligt god noggrannhet för ingenjörsproblem
Vad säger Kirchhoffs lag och när kan man sätta ε=α?
Kirchhoffs lag säger att:
ελ,θ=αλ,θ
Vid termisk jämvikt gäller även:
ε=α
Detta används ofta för diffusa, grå ytor i strålningsproblem
Vad är en view factor 𝐹𝑖𝑗, och vilka två regler måste den alltid uppfylla?
View factor 𝐹𝑖𝑗 är den andel av strålningen som lämnar yta
𝑖 och träffar yta 𝑗.
Den måste uppfylla:
Reciprocitetsregeln:
𝐴𝑖𝐹𝑖𝑗=𝐴𝑗𝐹𝑗𝑖
Summationsregeln (i en sluten inneslutning):
∑𝐹𝑖𝑗=1
Vad menas med radiositet J, irradiation 𝐺 och nettostrålning 𝑞𝑛𝑒𝑡 för en yta?
Radiositet (J): total strålning som lämnar ytan (emitterad + reflekterad)
Irradiation (G): strålning som träffar ytan
Nettostrålning:
𝑞𝑛𝑒𝑡=𝐴(𝐽−𝐺)
Tecknet avgör om ytan förlorar eller tar upp värme via strålning.
När blir strålning en dominerande värmeöverföringsmekanism och hur kombineras den med konvektion och konduktion?
Strålning blir dominerande vid:
- Höga temperaturer (p.g.a. 𝑇^4-beroendet)
- Stora temperaturskillnader
- I ugnar, pannor och solapplikationer
I praktiska problem kombineras strålning ofta med konvektion och konduktion via resistansmetoden eller genom parallellkopplade värmeflöden.
