Nädalakiri Mesilane 5/13: Hoiame sooja

Hiidvapsiku Vespa mandarina japonica saakloomadeks on Jaapani mesilased. Kuid kui mõni vapsikutest püüab tungida mesilastarru, siis moodustavad sajad mesilased vapsiku peatamiseks ta ümber kiiresti kera. Nad ei nõela, ei hammusta, ei pressi puruks ega lämmata vapsikut. Selle asemel kuumutavad nad ta üle.

Hoiame sooja

Neelab ja kiirgab

Objektide võime soojuskiirgust neelata ja kiirata sõltub väga olulisel määral nende materjalist ja pinna viimistlusest. On nii, et kui materjal kiirgab hästi soojuskiirgust siis see ka neelab hästi soojuskiirgust.

Hiidvapsiku Vespa mandarina japonica saakloomadeks on Jaapani mesilased. Kuid kui mõni vapsikutest püüab tungida mesilastarru, siis moodustavad sajad mesilased vapsiku peatamiseks ta ümber kiiresti kera. Nad ei nõela, ei hammusta, ei pressi puruks ega lämmata vapsikut. Selle asemel kuumutavad nad ta üle, tõstes kiiresti oma kehatemperatuuri normaalselt väärtuselt

35^{\circ} C

temperatuurini

47^{\circ} C

või

48^{\circ} C

, mis on surmav vapsikule, aga mitte mesilastele (joonis 18-46). Eeldame järgmist:

500

mesilast moodustavad kera raadiusega

R = 2, 0 c m

ajaks

t = 20 m i n

, mesilaskera põhiline energiakadu on kiirguse tõttu, kera pinna kiirgustegur

ϵ = 0, 80

ja kera temperatuur on ühtlane. Kui palju peab iga mesilane keskmiselt

20 m i n

jooksul lisaenergiat tootma, et hoida temperatuuri

47^{\circ} C

juures?

Lahendus

Mesilaste moodustatud kera pindala on

A = 4 π R^{2} = 4 π (0, 020 m^{2}) = 5, 03 \times 10^{- 3} m^{2}

Teame ka, et

T_{alg} = 35 + 273 = 308 K

ja

T_{l ˜ o pp} = 47 + 273 = 320 K

Soojuskiirgusena kaotab keha energiat võimsusega (ajaühikus kiiratav energiahulk), mis on keha poolt neelatud võimsuse $P_{neeld}$ ja kiiratud võimsuse $P_{kiirg}$ vahe. See võimsus sõltub objekti pindalast $A$ ja selle pinnatemperatuurist $T$ kelvinites ja on antud seosega

(18.32)

P_{res} = P_{neeld} - P_{kiirg} = σ ϵ A (T_{l ˜ o pp}^{4} - T_{alg}^{4})

kus $σ = 5, 6704 \times 10^{- 8} W / m^{2} \cdot K^{4}$ on Stefani-Boltzmanni konstant ja $ϵ = 0, 80$ on kera pinna kiirgustegur.

Arvutades saame

\begin{matrix} P_{res} & \approx (5, 67 \times 10^{- 8} W / m^{2} \cdot K^{4}) (0, 80) \times \times (5, 03 \times 10^{- 3} m^{2}) [(320 K)^{4} - (308 K)^{4}] = 0, 34 W \end{matrix}

Järelikult peab iga mesilane $20$ minuti jooksul tootma

\frac{Q}{N} = \frac{P_{res}}{N} = \frac{(0, 34 W) (20 m i n) (60 s / m i n)}{500} = 0, 81 J - ----- - - ----- -

Kolmas viis, millega keha ja ümbritsev keskkond saavad vahetada energiat, on elektromagnetlainete kaudu (nähtav valgus on elektromagnetlainete üks liik). Sel viisil üle kantud energiat nimetatakse sageli soojuskiirguseks.

Materjali kiirgustegur iseloomustab selle võimet soojuskiirgust kiirata ja neelata. Sellest tabelist leiate selle parameetri enamlevinud materjalide jaoks.

Selle nädala küsimus

Eelmise nädala küsimuse kohta

Esitasime küsimuse

Arvake, millest või kellest võiks Nädalakiri Mesilane kirjutada või rääkida?

Vastused kujunesid selliselt:

Kui palju energiat?

Kiirgus

Erinevate materjalide kiirgustegurid