1
1. UVOD
Toplota
ili
toplotna energija
je fizička veličina, obično se označava sa
-{Q}-
, koja predstavlja
energiju sadržanu u termodinamičkom sistemu.
Ova energija se može prenositi između tijela i
sistema usled razlike u temperature. Sa stanovišta kinetičke teorije toplota je statistički zbir
kinetičkih energija elementarnih čestica (molekula i atoma). Kinetička energija je rezultat
termičkog kretanja. Makroskopska manifestacija ovog kretanja je temperature.
Jedinica za toplotnu energiju u Međunarodnom sistemu jedinica je Džul, dok se još povremeno
koristi jedinica kalorija.
2
2. PRENOS TOPLOTE
U prirodi se stalno dolazi do prenosa toplote sa jednog mesta na drugo. Dvije osnovne fizičke
veličine koje određuju razmjenu toplote između dva tijela su:
količina toplote i
temperatura.
Dok količina toplote koju tijelo posjeduje predstavlja prost zbir kinetičke energije svih molekula
tijela, temperatura je odraz intenzivnosti njihovog kretanja. Dva tijela u fizičkom kontaktu
razmjenjuju energiju (toplotu) sve dok se intenzivnost kretanja njihovih molekula (temperatura)
ne izjednači.
Kažemo da je temperaturna razlika dva tijela pogonska sila za razmjenu toplote među njima.
Toplota spontano – prirodnim putem, uvijek prelazi s tijela više na tijelo niže temperature. U
nekim slučajevima se teži što boljem prenošenju toplote, kao na primjer između ložišta i kotla,
centralnog grijanja, hladnjaka na motorima itd. U drugim slučajevima nastoji se da se spriječi
prelaz toplote kao kod zidova zgrada, hladnjaka, termos boca, kalorimetara itd.
Kao i kod drugih vidova energije, pri razmjeni toplote između nekog tijela i okoline važi poznati
toplotni bilans:
Q
dovedeno
− Q
odvedeno
= Q
akumulirano
Slika br.1 : Prenos toplote
4
3. PROSTIRANJE TOPLOTE ZRAČENJEM ( RADIJACIJOM )
Zračenje kao oblik prenosa toplote sa površi tijela nastaje pri temperaturama površi većim od
apsolutne nule. Za njegovu egzistenciju nije potrebno postojanje materijalne sredine, za razliku
od provođenja i strujanja, jer se kod zračenja toplota prenosi elektromagnetnim talasima.
Emisiona svojstva površi tijela utiču na spektralne i prostorne odlike zračenja. Ova svojstva se
najčešće izražavaju u odnosu na referentno crno tijelo. Crno tijelo apsorbuje sva upadna
zračenja, nezavisno od talasne dužine i pravca. Osim toga, bilo kakva površ koja se nalazi na
istoj temperaturi kao i crno tijelo, zrači manje energije od crnog tijela.
Monohromatska površina gustina snage zračenja sa površi crnog tijela je određena Planck-ovim
zakonom. Kao idealna osobina zračenja, crnom tijelu se dodjeljuje karakteristika da energiju u
proctor zrači difuzno, što znači da je jačina zračenja sa elementarnog dijela površi, podijeljena
sa površinom elementarne površi projektovanom na pravac zračenja, ista u svim pravcima.
Jačina zračenja se definiše kao elementarna snaga koja se zrači u elementarni prostorni ugao.
Emisiona svojstva realnih površi se opisuju preko spektralne emisivnosti, definisane kao odnos
monohromatske površine gustine snage zračenja realne površi i monohromatske površine gustine
snage zračenja površi crnog tijela iste temperature.
Ukoliko se ovaj odnos ne mijenja sa talasnom dužinom i ima vrijednost manju od jedan, tijelo se
definiše kao idealno sivo. Na isti način kao emisiona, mogu se definisati apsorpciona svojstva za
upadna zračenja na površ tijela.
Za crno tijelo je često pogodno uvesti pojam zračenja u opsegu talasnih dužina. U literaturi se
daju tablice odnosa površinskih gustina snaga zračenja u opsegu talasnih dužina [ 0, λ*], i
ukupne površinske gustine snage zračenja ( određene Stefan-Boltzmann-ovim zakonom):
