थर्मल विकिरण: गुण, उदाहरण, अनुप्रयोग - शारीरिक - 2025

थर्मल विकिरण ऊर्जा अपने तापमान के साथ एक वस्तु के द्वारा और अवरक्त विद्युत चुम्बकीय वर्णक्रम के तरंग दैर्ध्य द्वारा प्रेषित है। बिना किसी अपवाद के सभी शरीर कुछ अवरक्त विकिरण उत्सर्जित करते हैं, चाहे उनका तापमान कितना भी कम क्यों न हो।

ऐसा होता है कि जब वे त्वरित गति में होते हैं, तो विद्युत रूप से आवेशित कण दोलन करते हैं और अपनी गतिज ऊर्जा के लिए धन्यवाद, वे लगातार विद्युत चुम्बकीय तरंगों का उत्सर्जन करते हैं।

चित्रा 1. हम सूर्य से आने वाले थर्मल विकिरण से बहुत परिचित हैं, जो वास्तव में ऊष्मा ऊर्जा का मुख्य स्रोत है। स्रोत: Pxhere

एकमात्र तरीका है कि एक शरीर थर्मल विकिरण का उत्सर्जन नहीं करता है, इसके कणों को पूरी तरह से आराम करने के लिए है। इस तरह, इसका तापमान केल्विन पैमाने पर 0 होगा, लेकिन किसी वस्तु के तापमान को इस तरह कम करना कुछ ऐसा है जो अभी तक हासिल नहीं किया गया है।

थर्मल विकिरण गुण

एक उल्लेखनीय संपत्ति जो इस गर्मी हस्तांतरण तंत्र को दूसरों से अलग करती है, वह यह है कि इसे उत्पादन करने के लिए सामग्री माध्यम की आवश्यकता नहीं है। इस प्रकार, सूर्य द्वारा उत्सर्जित ऊर्जा, उदाहरण के लिए, अंतरिक्ष के माध्यम से 150 मिलियन किलोमीटर की यात्रा करती है और लगातार पृथ्वी तक पहुंचती है।

एक समय पर प्रति यूनिट थर्मल ऊर्जा की मात्रा को जानने के लिए एक गणितीय मॉडल है जो एक ऑब्जेक्ट विकिरण करता है:

इस समीकरण को स्टीफन के नियम के रूप में जाना जाता है और निम्नलिखित मात्राएँ दिखाई देती हैं:

- थर्मल ऊर्जा प्रति यूनिट समय P, जिसे शक्ति के रूप में जाना जाता है और जिसकी इकाई इंटरनेशनल सिस्टम ऑफ यूनिट्स में वाट या वाट (W) है।

-मान का वह क्षेत्रफल जो वर्ग मीटर में ऊष्मा ए का उत्सर्जन करता है।

-एक स्थिरांक, जिसे स्टीफन कहा जाता है - बोल्ट्जमैन स्थिरांक, जिसे whose द्वारा निरूपित किया गया है और जिसका मान 5.66963 x10 ^-8 W / m ² K ^{4 है},

-इस उत्सर्जन वस्तु का (भी बुलाया emittance) और, एक आयामरहित मात्रा (unitless) जिसका मान 0 और 1. के बीच यह सामग्री की प्रकृति से संबंधित है: इस तरह के एक दर्पण, कम उत्सर्जन है, जबकि एक बहुत ही गहरे शरीर है उच्च उत्सर्जन।

-और अंत में केल्विन में तापमान टी।

थर्मल विकिरण के उदाहरण

स्टीफन के नियम के अनुसार, जिस दर पर कोई वस्तु ऊर्जा प्राप्त करती है वह क्षेत्र, उत्सर्जन, और तापमान की चौथी शक्ति के लिए आनुपातिक होती है।

चूंकि थर्मल ऊर्जा के उत्सर्जन की दर टी की चौथी शक्ति पर निर्भर करती है, इसलिए यह स्पष्ट है कि तापमान में होने वाले छोटे बदलाव उत्सर्जित विकिरण पर बहुत अधिक प्रभाव डालेंगे। उदाहरण के लिए, यदि तापमान दोगुना हो जाता है, तो विकिरण 16 गुना बढ़ जाएगा।

स्टीफन के नियम का एक विशेष मामला पूर्ण रेडिएटर है, एक पूरी तरह से अपारदर्शी वस्तु जिसे एक काला पिंड कहा जाता है, जिसका उत्सर्जन ठीक 1 है। इस मामले में, स्टीफन का नियम इस तरह दिखता है:

ऐसा होता है कि स्टीफन का नियम एक गणितीय मॉडल है जो किसी भी वस्तु द्वारा उत्सर्जित विकिरण का लगभग वर्णन करता है, क्योंकि यह उत्सर्जन को एक स्थिर मानता है। एमिसिटी वास्तव में उत्सर्जित विकिरण की तरंग दैर्ध्य, सतह खत्म और अन्य कारकों पर निर्भर करता है।

जब ई को स्थिर माना जाता है और स्टीफन के नियम को शुरुआत में संकेत के रूप में लागू किया जाता है, तो ऑब्जेक्ट को ग्रे बॉडी कहा जाता है।

ग्रे बॉडी के रूप में व्यवहार किए जाने वाले कुछ पदार्थों के लिए एमिसिटिविटी वैल्यू हैं:

-पूरी हुई एल्यूमीनियम 0.05

-ब्लैक कार्बन 0.95

-किसी भी रंग की त्वचा की त्वचा 0.97

-वृक्ष 0.91

-आज 0.92

-वाटर 0.91

-प्रति 0.015 से 0.025 के बीच

-स्टील 0.06 और 0.25 के बीच

सूर्य से ऊष्मीय विकिरण

तापीय विकिरण का उत्सर्जन करने वाली किसी वस्तु का एक ठोस उदाहरण सूर्य है। यह अनुमान लगाया जाता है कि हर दूसरे, विद्युत चुम्बकीय विकिरण के रूप में लगभग 1,370 J ऊर्जा सूर्य से पृथ्वी पर पहुँचती है।

यह मान सौर स्थिरांक के रूप में जाना जाता है और प्रत्येक ग्रह में एक होता है, जो सूर्य से इसकी औसत दूरी पर निर्भर करता है।

यह विकिरण वायुमंडलीय परतों के प्रत्येक m ² से लंबवत गुजरता है और विभिन्न तरंग दैर्ध्य में वितरित किया जाता है।

लगभग यह सभी दृश्यमान प्रकाश के रूप में आता है, लेकिन एक अच्छा हिस्सा अवरक्त विकिरण के रूप में आता है, जो कि वास्तव में हम गर्मी के रूप में समझते हैं, और कुछ भी पराबैंगनी किरणों के रूप में। यह ग्रह की जरूरतों को पूरा करने के लिए, उसे पकड़ने और सही तरीके से उपयोग करने के लिए पर्याप्त मात्रा में ऊर्जा है।

तरंग दैर्ध्य के संदर्भ में, ये वे सीमाएं हैं जिनके भीतर पृथ्वी तक पहुंचने वाले सौर विकिरण पाए जाते हैं:

- इन्फ्रारेड, जिसे हम गर्मी के रूप में अनुभव करते हैं: 100 - 0.7 माइक्रोन *

- दृश्यमान प्रकाश, 0.7 के बीच - 0.4 माइक्रोन

- पराबैंगनी, 0.4 माइक्रोन से कम

* 1 माइक्रोन = 1 माइक्रोमीटर या एक मीटर का दसवां हिस्सा।

वीन का नियम

नीचे दी गई छवि विभिन्न तापमानों के लिए तरंग दैर्ध्य पर विकिरण के वितरण को दर्शाती है। वितरण ने विएन के विस्थापन कानून का पालन किया, जिसके अनुसार अधिकतम विकिरण λ _{अधिकतम} की तरंग दैर्ध्य केल्विन में तापमान T के विपरीत आनुपातिक है:

λ _{अधिकतम} टी = 2.898। 10 ^-3 m⋅K

चित्रा 2. एक काले शरीर के लिए तरंग दैर्ध्य के एक समारोह के रूप में विकिरण का ग्राफ। स्रोत: विकिमीडिया कॉमन्स

सूर्य की सतह का तापमान लगभग 5,700 K है और मुख्य रूप से कम तरंग दैर्ध्य पर विकिरण करता है, जैसा कि हमने देखा है। सूर्य के सबसे निकट स्थित वक्र, नीले रंग में 5000 K का है, और निश्चित रूप से दृश्य प्रकाश की सीमा में अधिकतम है। लेकिन यह अवरक्त और पराबैंगनी में भी एक अच्छा हिस्सा उत्सर्जित करता है।

थर्मल विकिरण के अनुप्रयोग

सौर ऊर्जा

ऊर्जा की बड़ी मात्रा जिसे सूर्य के विकिरणों को संग्राहकों नामक उपकरणों में संग्रहित किया जा सकता है, बाद में इसे रूपांतरित कर विद्युत ऊर्जा के रूप में आसानी से उपयोग कर सकता है।

इन्फ्रारेड कैमरे

वे कैमरे हैं, जैसा कि उनके नाम से पता चलता है, आम कैमरों की तरह दृश्य प्रकाश के बजाय अवरक्त क्षेत्र में काम करते हैं। वे इस तथ्य का लाभ उठाते हैं कि सभी शरीर अपने तापमान के आधार पर थर्मल विकिरण का अधिक या कम सीमा तक उत्सर्जन करते हैं।

चित्रा 3. एक अवरक्त कैमरे द्वारा कैप्चर किए गए कुत्ते की छवि। मूल रूप से हल्के क्षेत्र उच्चतम तापमान वाले लोगों का प्रतिनिधित्व करते हैं। रंग, जो व्याख्या की सुविधा के लिए प्रसंस्करण के दौरान जोड़े जाते हैं, जानवर के शरीर में विभिन्न तापमान दिखाते हैं। स्रोत: विकिमीडिया कॉमन्स

पाइरोमेट्री

यदि तापमान बहुत अधिक है, तो उन्हें पारा थर्मामीटर के साथ मापना सबसे अच्छा विकल्प नहीं है। इसके लिए, pyrometers को प्राथमिकता दी जाती है, जिसके माध्यम से किसी वस्तु के तापमान को उसके उत्सर्जन को जानने के लिए घटाया जाता है, विद्युत चुम्बकीय संकेत के उत्सर्जन के लिए धन्यवाद।

खगोल

ब्लैक बॉडी सन्निकटन के साथ-साथ पूरे ब्रह्मांड के साथ स्टारलाइट बहुत अच्छी तरह से निर्मित है। और इसके हिस्से के लिए, तारों के तापमान को निर्धारित करने के लिए वेन के नियम का अक्सर खगोल विज्ञान में उपयोग किया जाता है, वे प्रकाश की तरंग दैर्ध्य के अनुसार।

सैन्य उद्योग

मिसाइलों का लक्ष्य उन अवरक्त संकेतों का उपयोग करके किया जाता है जो विमान में सबसे गर्म क्षेत्रों का पता लगाना चाहते हैं, जैसे कि इंजन।

संदर्भ

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