|
|
 | Varmestråling
Fra :  Munkenmads | Vist : 768 gange
20 point
Dato : 15-12-06 12:20 |
|
Hej
Jeg har i min 3. g's opgave fået stillet spørgsmålene:
NASA har til redningsaktioner en plan for at overføre et menneske der ikke er i termisk beskyttelesdragt til et redningsfartøj. Overvej hvor hurtigt et menneske bliver nedkølet i det frie rum, hvor temperaturen er 4K.
og
En termorude er typisk fyldt med Argon. Vil en termorude være mere effektiv, hvis der var vakuum i den.
Jeg har prøvet at regne med at personen er i en kuglerund kugle med vægtykkelse 5 cm og k-værdi 3,23 og radius 1,5 m. Manden vejer 100 kg og har varmekapacitet på 3480 i kuglen er der 37,3 grader ligesom manden.
Jeg har prøvet at regne med noget varmetransport, men det kom der ikke noget godt ud af, 4 grader pr minut er ret lidt forhold til at det er rummet. Hvad gør jeg forkert her?
Den med termoruden kan jeg ikke lige finde nogen god forklaring på, så den vil jeg meget gerne have et svar på.
Mads
| |
| Kommentar
Fra : pbp_et  |
Dato : 15-12-06 12:41 |
|
en idealsituation mht. varmestråling. energiflowet = strålet effekt findes lynhurtigt af
P = c * (T1^4 - T2^4), hvor c er strålingskoeffienten og T1 og T2 er i Kelvin. Da c er ekstremt afhængig af overfladens beskaffenhed, kan du få alt fra bekvem fritime til lynfrysning ved overflader fra totalreflekterende til absolut sort.
en lufttom termorude transporterer kun varme ved stråling samt ved ledning kanten rundt, mens én med luft i desuden transporterer varme ved konvektion.
at mandens varmekapacitet er så lav som skrevet tror jeg ikke en centimeter på, men det er måske hans specifikke varme, og det er noget andet. Kuglens vægtykkelse er kun interessant, hvis vi kender materialet eller i det mindste dets densitet og specifikke varme (= Cth/masse).
Varme er den energiform som er bedst at regne på, da den kan flyttes ved ledning, strømning og stråling. I det store tomme rum er der ingen strømning, ingen ledning, så der er det uhyre enkelt. Nu ved du osse hvorfor satellitter er pakket ind i blank metalfolie, når de vises i TV.
mvh
pbp
| |
 | Kommentar
Fra : e.c |
Dato : 15-12-06 12:51 |
|
Argon er ilt fortrængende (bruges som beskyttelsesgas til svejsning så materialet ikke ilter)
Hvis ikke mellemrummet fyldes med noget iltfortrængende vil den til bageblevne luft (efter vacumsugning) kunne kondensere og danne misfarvning på ruden. Et andet problem med vacum er at samlingen skal være meget tættere og det bliver dyrt.
| |
 | Kommentar
Fra : SimonGjer |
Dato : 15-12-06 14:36 |
|
Til den med termoruden.
Som rigtigt beskrevet af pbp_et er isolering bedst, hvis mellemrum i ruden er lufttomt, idet der således ingen varmeledning finder sted - kun strålingsvarme.
Dertil kan jeg tilføje, at varmeledningsevnen igennem en luftart sænkes jo tungere luftarten er. Det er derfor en fordel at benytte ædelgassen argon der har en molekylevægt på 40 u, mens alm. luft har en molekylevægt på 29 u. Desuden besidder ædelgasser ikke rotationsenergi, men kun bevægelsesenergi.
En sidebemærkning: I mange glødepærer, hvor man også ønsker en lav varmeledningsevne bruges også argon. I noget lidt dyrere pærer kan gassen være udskiftet med krypton som har en molekylevægt på 84 u, hvilket giver lavere varmetab og dermed et højere lysudbytte per watt.
Mvh. Simon
| |
 | Kommentar
Fra : transor |
Dato : 15-12-06 19:43 |
|
Simon Gjer har en god redegørelse af hvorfor varmetransporten falder med molvægten.
Jeg synes nu også der skal en forklaring til.
Ved samme temperatur har alle gassers molekyler samme kinetiske energi i middel. Når de er i kontakt med hinanden udvekslels kinetisk energi så den (i midel bliver ens) og det at der er termisk ligevægt er også definitionen på samme temperatur.
Med samme energi bevæger et tungt molekyle sig langsommere for at m*v^2 skal få samme værdi. Med langsommer bevægelseshastighed følger langsommere energioverførsel. Med andre ord lavere varmetransport ( varmeledning).
Det var en raptus af Simon at han angiver at rotationsenergi ikke er bevægelsesenergi.
Det er noget han sikkert gerne ville rette. Men det kan man ikke på kandu. Alle dumhederne og tastefejlene bliver stående.
| |
| Kommentar
Fra : SimonGjer |
Dato : 16-12-06 03:10 |
|
Raptus...?
Jeg skiver, at argon og andre ædelgasser ikke besidder rotationsenergi. Dette er fordi disse gasser er enatomige. Desuden glemte jeg at nævne, at disse gasser heller ikke besidder vibrationsenergi!
Disse to effekter nedsætter varmekapaciteten for ædelgasser i forhold til andre gasser med lignende molekylvægt.
Varmekapacitet ved konstant tryk og 25C for forskellige stoffer alle i gasfase samt deres molekylvægt:
J/(K mol) g/mol
Brint (H2) 28,824 2u
Helium 20,786 4u
Nitrogen (N2) 29,125 14u
CH4 35,31 16u
Ilt (O2) 29,355 32u
CH3OH 43,89 32u
Argon 20,786 40u
CO2 37,11 44u
Benzen 81,67 78u
Krypton 20,786 84u
Xenon 20,786 131u
Brom (Br2) 36,02 160u
Det ses af ovenstående tabel, at ædelgasser har lave værdier samt at disse værdier ikke stiger med øget atom-/molekylvægt. Det skal endvidere bemærkes at visse stoffer, såsom ilt, kvælstof og kuldioxid ikke kan rotere omkring alle akser, idet disse stoffer har et lineært arrangement af deres atomer.
Mvh. Simon
| |
| Kommentar
Fra : SimonGjer |
Dato : 16-12-06 03:12 |
|
Jeg håber det blev mere læseligt denne gang.
Kode
Varmekapacitet ved konstant tryk og 25C for forskellige stoffer alle i gasfase samt deres molekylvægt:
J/(K mol) g/mol
Brint (H2) 28,824 2u
Helium 20,786 4u
Nitrogen (N2) 29,125 14u
CH4 35,31 16u
Ilt (O2) 29,355 32u
CH3OH 43,89 32u
Argon 20,786 40u
CO2 37,11 44u
Benzen 81,67 78u
Krypton 20,786 84u
Xenon 20,786 131u
Brom (Br2) 36,02 160u |
| |
| Kommentar
Fra : transor |
Dato : 16-12-06 11:28 |
|
Raptus.
Det jeg hentydede til var din sætning:
Desuden besidder ædelgasser ikke rotationsenergi, men kun bevægelsesenergi
Hvis du ser rigtig på sætningen, så indebærer den at rotation ikke er bevægelse.
Dine tal gælder i øvrigt varmekapacitet. Ved termoruder er det ikke varmekapaciteten , men varmeledningen, som har interesse.
| |
| Kommentar
Fra : pbp_et |
Dato : 17-12-06 04:38 |
|
Hej Mads Munk
I mit første svar glemte jeg lige at tage arealet med i regnestykket, og min gamle formelsamling vil dele temperaturerne med 100. Det er bare for at bringe strålingskoefficienten op i beregnelig størrelse. Men her får du den altså direkte fra K. Gieck:"Technische Formelsammlung"
Varmeflow = c * A * [(T1/100)^4 - (T2/100)^4] det er så i Watt og kv.meter og Kelvin
og nogle værdier for strålingskoefficienter:
sølv 0.12, kobber 0.23, poleret messing 0.30, poleret aluminium 0.30, mat aluminium 0.40, poleret jern 1.15, mat jern 1.51, is 3.5, vand 3.7, sod 4.7, træ 5.1, glas 5.2, murværk 5.2, absolut sort flade 5.77.
Et par af værdierne undrer mig en del, eksempelvis den for is og den for glas. For flas fordi jeg engang for næsten 50 år siden eksperimenterede med glasrørsblæsning og dengang opdagede, at et stykke glas kunne ligge og se helt uskyldigt ud og ikke strålede varmt, når man kom i nærheden med nogen af de 10 små lyserøde (fingrene) - og alligevel kunne man brænde sig afskyeligt på det i lang tid efter opvarmningen.
| |
|
Nu har jeg selv prøvet at regne lidt selv med formlen P=e*b*A*T^4, hvor P er udstrålingeseffekten , e er emissiviteten, b er Boltzmanns konstant, A er arealet og T er temperaturen. Emissiviteten for "highy polished" aluminium slog jeg op i en databog til 0.08, arealet af en kugle med radius 1,5 m er 28,27m^2, og temperaturen i kuglen er 310,45K(37,3C). Dette får jeg til 1191,15W. For så at regne varmetabet for 1 minut gør jeg sådan:
-1191,15J/s*60sek=100 kg * 3500J/(kg*K)*T og isolerer så T, som er varmetabet. Dette giver et varmetab 0,21K/minut.
Bruger jeg din formel, pbp_et, får jeg udstrålingen til 210,1W, og det er jo noget mindre end end mit eget regnestykke.
Er det en helt forkert måde jeg selv har brugt?
| |
|
Det var en formel jeg fandt.
For sort legeme: P=b*A*T^4
For "gråt" legeme: P=e*b*A*T^4
Og så tænker jeg at de 4K i rummet ikke har megen indflydelse, så regner kun med at der er varmestråling ud af kapslen. Men jeg er i tvivl om hvilken formel jeg så skal bruge, jeg kan ikke rigtig ævre ligeglad når de giver et meget forskelligt resultat.
| |
| Kommentar
Fra : pbp_et |
Dato : 17-12-06 21:43 |
|
den der emissivitet e er altså bare et rent tal, som angiver forholdet mellem varmestråling til/fra en overflade sat i forhold til idealsort.
Men i dine formler dukker d (Bolzmanns konstant?) op i stedet for c (strålingskoefficient) i mine formler, og den kan jeg ikke rigtig gå med på. Bolzmanns konstant dukker op, når du skal spille billard med valenselektroner på molekyle- og atomniveau - i pH-måling og halvlederfysik for at nævne et par eksempler, jeg har leget med udefra.
Hovsa - jeg tror, du skulle bruge Stefan-Boltzmanns konstant, som er cirka 5.67E-8 Watt/(meter^2*Kelvin^4)! I min "Scientific Tables" fra Geigy (de går Chemical Rubber Company i bedene) bruges det græske sigma som symboltegn.
Men prøv selv at google "heat radiation" og se hvad der sker - eller kig i din fysikbog!
mvh
pbp
| |
|
Hov, jeg mente Stefan-Boltzmanns konstant eller sigma, jeg vidste ikke der også var en Boltzmanns konstant. Passer formlen så bedre? Og har strålingskoefficienterne ikke den samme funktion som emissiviteten?
| |
| Kommentar
Fra : pbp_et |
Dato : 17-12-06 22:16 |
|
et lille kig i Wikipedia viser enighed mellem vores formler, så nu skal vi bare ha tal på e(T) som ved 298 Kelvin er cirka 0.02 for ren blank aluminium
P = 0.02^* A * 5.67E-8 * (298^4 - 4^4) [Watt]
så skal du bare have et materiale og en masse på din redningskugle for at finde startenergien. Nu ved du jo hvor hurtigt den siver væk.
mvh
| |
|
Du er simpelthen så klog pbp. Men hvordan har du fundet e(298) for det blanke aluminium? Jeg havde regnet med at manden har en kropstemperatur p 37 og ikke 25. Hihi.
Jeg fandt en side med heat radiation som gav mig lidt fornyet viden, nu mangler jeg bare en løsning på termoruden, men jeg har en ide jeg vil prøve senere i nat når eg har skrevet om fejlkilder.
| |
 | Du har følgende muligheder | |
|
Dette spørgsmål er blevet annulleret, det er derfor ikke muligt for at tilføje flere kommentarer.
| |
|
|