05FE03 Termikus egyensúly:   | Fizika egyszerűen |
Amennyiben azonban egy fekete és egy fényes fémfelület áll egymással szemben, a fényes fémfelület hőmérséklete ugyancsak ki kell hogy egyenlítődjön a fekete felület hőmérsékletével ahhoz, hogy 1%-os hatékonysággal visszasugározza az 1%-os hatékonysággal elnyelt sugárzást (a hatékonyság azonos hőmérsékletű fekete felülethez lett viszonyítva).
Valójában az elnyelés/kisugárzás páros a hőhíd a két átellenes felület között bármely a=e értékre,kivéve az abszolút tükröző felületet ahol a=e=0 és r=1: az abszolút tükröző felület a teljes visszaverődésnek és nulla kisugárzásnak köszönhetően megtartja saját hőmérsékletét az átellenes a=e>0 és a=e<1 szürke felülettel szemben (szürke felület kisugárzása és elnyelése definíció szerint ugyanaz bármely hullámhosszon, ami valós felületekre nézve nem igaz).
Valós anyagok sugárzási spektruma nem csak hőmérsékletfüggő, hanem hullámhosszfüggő is egyben: e = e(λ,T). Felületek sugárzási/elnyelési tulajdonságai mások a beeső és kimenő sugárzásra, így a szürke felület közelítés valós anyagokra NEM is alkalmazható. Valós felületek kétféleképpen viselkednek: a szoláris spektrum elnyelési tényezője merőben eltér a szobahőmérsékleti hősugárzás kisugárzási tényezőjétől.
Valós felületek elnyelő- és kisugárzó képessége (valamint komplemensük, a tükrözés) nagyon eltérő lehet különböző hullámhosszakra:
- így például szokásos fekete felületek egyaránt jól elnyelik és kisugározzák a szoláris (λ=1μm, látható és közeli infravörös) és termikus (λ=10μm) spektrumot as=es=0.9, at=et=0.9.
- fehérre festett felületek gyengén nyelik el és sugározzák ki a szoláris (λ=1μm) spektrumot: as=es=0.1, de nagyon jól elnyelik és kisugározzák a termikus (λ=10μm) spektrumot: at=et=0.9, tehát nagyon hatékonyan tükrözik a szoláris spektrumot: rs=0.9, de nagyon rosszul tükrözik vissza a termikus spektrumot: rt=0.1. A fehér festék gyakorlatilag "fekete" a hősugárzással szembe.
Az izzásig felhevített fekete és fehér felületek közötti termikus egyensúly fenntartásához a fekete felület szoláris hullámhossztartományban (λ=1μm) fog sugározni, az átellenes fehér felület a ráeső sugárzás 90%-át visszatükrözi, 10%-ot elnyel majd kibocsát ugyanabban a szoláris hullámhossztartományban, ugyanis az azonos felszíni hőmérséklet változatlan marad a két különböző felület között. Amennyiben ugyanez szobahőmérsékleten indul, úgy mindkét felület feketének minősíthető, és itt is az egyensúly folyamatosan meg fog maradni.
Ha azonban izzó fekete felszínnel indul a folyamat, a fehér pedig szobahőmérsékleten van, a 10%-ban elnyelt szoláris (λ=1μm) spektrum energiája 90%-os hatékonysággall lesz kisugározva a termikus (λ=10μm) spektrumban. Ezzel is azonban az elnyelt energia csak elenyésző hányada lesz vissza kisugározva a Stefan-Boltzmann q = σ T*T*T*T F képlettel összhangban, ahol a kisugárzott energia a hőmérséklet negyedik hatványával arányos, σ a Stefan-Boltzmann állandó, F a felület.
Az izzó felület igen gyorsan fel fogja melegíteni a szobahőmérsékletű felületet, létrejön a termikus egyensúly:
- leggyorsabban két fekete felület között,
- tízszer lasabban fekete és fehér felület között,
- százszor lasabban két fehér felület között.
Fényes fémes felület magas rs=0.9 szoláris reflektivitással bír, tehát sugárzási és elnyelési tényezője alacsony: as=es=0.1. Termikus reflektivitása még egy nagyságrenddel nagyobb, rt=0.99, amiből kifolyólag termikus sugárzási és elnyelési tényezője még alacsonyabb: at=et=0.01. Párhuzamos fekete és fémes felületek ugyancsak elérik a termikus egyensúlyt, szoláris sugárzási tartományban hasonlóan mint a fehér színű felületek, szobahőmérsékleten azonban százszor lasabban a fekete- és fémfelület között, tízezerszer lasabban a fém- és fémfelület között.
  |
|