Leidsin selle internetist ja ei tea kes on töö autor.

1. Soojuskiirgus ja selle mõõtmine Füüsikatund 9. Klassile

2. Aine siseenergia Osakeste vastastikuse mõju energia (potentsiaalne). Määrab aine oleku (tahke, vedel, gaasiline) Osakeste võnk- ja kulgliikumise energia (kineetiline). Määrab ära aine temperatuuri. Seetõttu nimetatakse seda soojusenergiaks. Veidi kordamiseks: Kandub soojemalt kehalt külmemale soojusülekande teel koosneb:

3. SOOJUSÜLEKANDE LIIGID on: Soojusjuhtivus Konvektsioon Soojuskiirgus Vaatleme neid lähemalt: Konvektsioon Soojusjuhtivus Soojuskiirgus

4. SOOJUSJUHTIVUS Soojusjuhtivus - soojusenergia kandub soojemalt kehalt (või kehaosalt) külmemale osakeste (molekulid, aatomid) põrgete teel. On põhiliseks soojusülekande liigiks tahketes kehades ja vähesel määral vedelikes kuid peaaegu puudub gaasides. Näited: 1)Soojus kandub panni alumiselt pinnalt ülemisele pinnale ja panni käepidemele 2)Kuuma tee sisse asetatud metallist lusika vars soojeneb üsna kiiresti. SOOJUSÜLEKANDE LIIGID: Konvektsioon Soojusjuhtivus Soojuskiirgus

5. KONVEKTSIOON Konvektsioon on nähtus, kus soojusenergia levib vedeliku- või gaasiosakeste ümberpaiknemise teel. Vedeliku või gaasi paneb liikuma aine erinevast tihedusest tingitud üleslükkejõud või mingil muul põhjusel tekkinud rõhkude erinevus. Näited: 1) Kuumale pliidile asetatud veeanumas soojeneb kõigepealt alumises kihis olev vesi. See tõuseb ülespoole ja tema asemele laskub jahedam vesi ülakihtidest. 2) Akna- ja muudest pragudest väljub soe õhk ja tema asemele tungib jahedam õhk õuest. 3) Soojemad õhumassid liiguvad lõunapoolsetelt laiuskraadidelt põhja poole (seda nimetatakse soojaks lõunatuuleks) SOOJUSÜLEKANDE LIIGID: Konvektsioon Soojusjuhtivus Soojuskiirgus

6. SOOJUSKIIRGUS Soojusenergia levimine elektromagnetlainetuse (kiirguse) teel. Kiirgus saab levida läbipaistvas keskkonnas (klaas, vesi jne.) või ka õhutühjas keskkonnas (vaakumis) Näited: 1) Soojuse levimine leegilt pannile 2) Soojuse levimine Päikeselt Maale. Seda soojusülekande liiki uurime nüüd natuke täpsemalt: SOOJUSÜLEKANDE LIIGID: Konvektsioon Soojusjuhtivus Soojuskiirgus

7. Maa energia päritolu Enamus Maa energiast on pärit Päikeselt. (vaid väike osa pärineb Maa sisemusest) Kuna kosmoses on aine väga hõre, siis ei saa energia levida Päikeselt Maani ei soojusjuhtivuse ega ka konvektsiooni teel. Maa saab Päikeselt energiat kiirgusena (ultraviolettkiirgus, nähtav kiirgus (valgus) ja infrapunane kiirgus)

8. Kiirguste paiknemine lainepikkuse skaalal Nähtav kiirgus ehk valgus on ainult väga väikene osa kogu elektromagnetlainete skaalast Soojuskiirgus ehk infrapunakiirgus on suurema lainepikkusega kui nähtav valgus

9. Kiirgamise seaduspärasused: Soojuskiirgust (infrapunast kiirgust) kiirgavad kõik kehad sõltumata temperatuurist. (näiteks ka lumi kiirgab soojuskiirgust) Mida kõrgem on keha temperatuur, seda rohkem ta kiirgab Ühel ja samal temperatuuril olevad kehad kiirgavad seda rohkem, mida tumedam on keha pind.

10. Kiirgamise põhjused ja tagajärjed Kiirgus tekib aine aatomites elektronide üleminekul ergastatud olekust normaalolekusse. Kiirgav keha jahtub, sest ta annab ära energiat ja osakeste võnkumise keskmine kiirus seetõttu väheneb. Kiirgamise tulemusena langeb eelkõige keha pinnakihi temperatuur.

11. Keha poolt kiiratav energia sõltub selle keha temperatuurist (E= σ T 4 ) Kui keha absoluutne temperatuur kasvab näitaks kaks korda, siis tema poolt kiiratav koguenergia kasvab 2 4 =16 korda Nähtavat valgust kiirgavad ainult väga kuumad kehad Jahedamad kehad kiirgavad ainult infrapunast (nähtamatut) kiirgust Päikese pind – 6000K Hõõglambi niit – 3000 K

12. Kiirguse neeldumine: Aluspinna ( maapinna) ALBEEDO ehk peegeldusvõime A – näitab mitu protsenti pealelangevast kiirgusest peegeldub tagasi Heledad pinnad (lumi, jää) peegeldavad suurema osa kiirgusest tagasi ja vähendavad soojenemist. Tumedad pinnad, mille albeedo on väike põhjustavad nii maapinna kui ka maalähedase õhukihi tugevat soojenemist. Soojuskiirgus, langedes mingile pinnale osaliselt peegeldub tagasi, osaliselt aga neeldub pinnas. A = E 2 E 1 * 100% E 1 E 2 E 3 maapind

13. Kas kiirgust saab mõõta? Erinevate kiirgusliikide mõõtmiseks on erinevad vahendid. Soojuskiirguse mõõtmiseks peab vastav mõõduriist olema tundlik ainult soojuskiirgusele vastavatele lainepikkustele. Selliseks mõõteriistaks on infrapuna termomeeter.

14. Infrapuna termomeetri tööpõhimõte Mõõteriista optiline süsteem laseb läbi infrapunase kiirguse ja koondab selle spetsiaalsele tundlikule vastuvõtjale (detektorile). Viimane muundab talle pealelangeva kiirguse intensiivsuse elektrivooluks, mille tulemus näidatakse mõõteriista tablool kiirgava keha temperatuurina. Punane laserkiir on ette nähtud mõõteriista suunamiseks mõõdetavale esemele

15. Nüüd vaatame mõningaid olukordi, kus sellist mõõteriista on võimalik kasutada Infrapuna termomeetri eelis seisneb selles, et mõõta saab ilma objekti puudutamata ja lugem saadakse praktiliselt hetkeliselt (reaktsiooniaeg 500 ms = 0.5 s)

16. Infrapuna termomeetriga mõõtes tuleb jälgida et kaugus mõõdetava objektini D ja objekti suurus (läbimõõt) S oleksid õiges vahekorras Mudeli FLUKE 63 korral on suhe D:S = 12:1 Näiteks: Mõõtes temperatuuri 120 cm kauguselt on mõõdetava ala läbimõõt 10 cm Juhiseid mõõtmiseks:

17. Erinevatel materjalidel on erinev kiirgusvõime (kiirgamist iseloomustav suurus). Kuna mõõteriist FLUKE 63 on fikseeritud kiirgusvõime väärtusele 0.95, siis tuleb temaga mõõtmisel arvestada objekti materjaliga. Juhiseid mõõtmiseks: Täpselt näitab ta temperatuure, kui mõõdetav objekt on keraamikast, asfaldist,, betoonist, plastikust, paberist, kummist, puidust, veest, jääst, mullast jne. Metallipindade (eriti läikivate) pindadel on kiirgusvõime väiksem ja mõõteriist näitab väiksemat väärtust, kui tegelik temperatuur. Kui metallpinna temperatuur ei ole väga kõrge on soovitav mõõdetavale pinnale kleepida õhuke liimiga teip või paber ja mõõta selle pealt.

18. Mõnede pindade temperatuurid, mõõdetuna IP termomeetriga Hõõglambi pind Säästulambi pind ………………….. 72 0 C Soojaks köetud ahju pind …………..68-70 0 C Inimese näonahk toas……………….31-32 0 C Inimese näonahk talvel õues ………..21-22 0 C Lumepind sulailmaga ………………..0 0 C Pilvede alumine pind madala pilvisuse korral …

19. Eksperiment nr.1: Erinevat värvi pindade soojenemise uurimine Katse kirjeldus: Värvilised kartongpaberid asetatakse horisontaalsele pingile päikese kätte või suurema võimsusega (150W) hõõglambi valgusesse ja nende pinnatemperatuuri registreeritakse iga minuti järel infrapuna termomeetriga. (Vt. õpilase tööleht nr.1) Näide tulemustest:

20. Katse kirjeldus: Ühesugused plastmasskarbid mulla, heleda liiva ja veega asetatakse horisontaalsele pingile päikese kätte või suurema võimsusega (150 -200 W) hõõglambi valgusesse, umbes 15-20 cm kaugusele ja aluspindade pinnatemperatuuri registreeritakse iga 2 minuti järel infrapuna termomeetriga. (Vt. õpilase tööleht nr.2) Eksperiment nr.2: Erinevat värvi pindade soojenemise uurimine