Bức xạ nhiệt là gì? Nguồn gốc và đặc điểm

Bức xạ nhiệt là gì là một câu hỏi được đề cập rất nhiều trong các nghiên cứu khoa học, vật lý từ trước tới nay vì tầm ảnh hưởng của nó đến với cuộc sống của con người cũng như vật chất trên trái đất và trong vũ trụ. Vì vậy ở bài viết này chúng ta hãy cùng tìm hiểu về bức xạ nhiệt là gì và những điều thú vị về hiện tượng vật lý này nhé.

1. Bức xạ nhiệt là gì?

Bức xạ nhiệt là sự phát xạ của sóng điện từ từ tất cả các vật chất có nhiệt độ lớn hơn số 0 tuyệt đối. Bức xạ nhiệt phản ánh sự chuyển đổi của năng lượng nhiệt thành năng lượng điện từ. Bức xạ nhiệt là một trong ba dạng truyền nhiệt cơ bản (dẫn nhiệt, nhiệt đối lưu và bức xạ nhiệt), là một đặc tính cơ bản của vật chất tùy thuộc vào nhiệt độ của nó.

2. Một số ví dụ về bức xạ nhiệt

• Sự truyền sóng điện từ qua lò nướng còn được gọi là lò vi sóng.
• Nhiệt năng do bộ tản nhiệt tỏa ra.
• Các bức xạ mặt trời.
• Năng lượng ánh sáng do đèn sợi đốt tỏa ra.
• Sự phát ra tia gamma.

Đây là một vài ví dụ về bức xạ nhiệt trong cuộc sống mà chúng ta thường xuyên thấy nhất. Bức xạ nhiệt còn liên quan đến nhiều lĩnh vực khoa học. Hãy cùng xem xét một vài ví dụ như sau:

• Nhiều nguồn sáng dựa trên sự phát ra bức xạ nhiệt. Ví dụ điển hình nhất là đèn sợi đốt.
• Bức xạ nhiệt là một thách thức khi một số đối tượng cần được cách nhiệt. Ví dụ, khi một vật được treo trong một buồng chân không, như vậy sự dẫn nhiệt sẽ được giảm thiểu, có thể trao đổi nhiệt năng với môi trường xung quanh thông qua bức xạ.
• Phát xạ hồng ngoại nhiệt được sử dụng cho các phép đo nhiệt độ hồng ngoại và các quá trình hình ảnh nhiệt.

3. Bức xạ nhiệt được tạo ra từ đâu?

Bức xạ nhiệt được tạo ra khi nhiệt từ chuyển động của các điện tích trong vật liệu (electron và proton ở các dạng vật chất thông thường) được chuyển thành bức xạ điện từ. Ánh nắng mặt trời, hay bức xạ mặt trời, là bức xạ nhiệt từ các khí cực nóng của mặt trời, và bức xạ này làm nóng trái đất. Trái đất cũng phát ra bức xạ nhiệt nhưng với cường độ thấp hơn nhiều vì nó mát hơn.

Sự cân bằng giữa sưởi ấm bằng bức xạ nhiệt đi vào từ mặt trời và làm mát bằng bức xạ nhiệt đi ra của trái đất là quá trình chính xác để xác định nhiệt độ chung của trái đất. Như vậy, bức xạ là hình thức truyền nhiệt duy nhất không cần vật liệu để truyền nhiệt.

Nhiệt bức xạ được truyền từ bề mặt này sang bề mặt khác, ít bị hấp thụ nhiệt giữa các bề mặt. Tuy nhiên, các bề mặt một khi được đốt nóng thì có thể giải phóng nhiệt thông qua dẫn hoặc đối lưu ra môi trường xung quanh. Bức xạ nhiệt được dẫn qua sóng điện từ. Như vậy, hình thức truyền nhiệt này không chỉ là sự chênh lệch nhiệt độ giữa hai bề mặt mà còn là dải tần số của năng lượng phát và nhận.

Ví dụ, ánh sáng mặt trời bao gồm quang phổ ánh sáng nhìn thấy được cũng như năng lượng hồng ngoại và năng lượng tia cực tím.

4. Các đặc điểm của bức xạ nhiệt là gì?

• Bức xạ nhiệt là sự truyền nhiệt năng mà không có bất kỳ sự tiếp xúc nào giữa các vật thể.
• Bức xạ nhiệt là một hiện tượng bề mặt, không giống như truyền nhiệt bằng cách dẫn hoặc đối lưu, bức xạ nhiệt sẽ không cần bất kỳ sự tiếp xúc nào giữa nguồn phát nhiệt và nguồn nhận nhiệt.

• Mọi vật chất có nhiệt độ khác 0 hoặc nhiệt độ hơn 0 đều phát ra bức xạ nhiệt.
• Bức xạ nhiệt có bước sóng từ 0,1micromet đến 100micromet.
• Trong khi việc truyền bất kỳ năng lượng nào qua quá trình dẫn truyền cần một môi trường để xử lý, thì đối với bức xạ nhiệt, nó không cần bất kỳ môi trường nào để dẫn truyền. Bức xạ nhiệt là phương thức truyền nhiệt duy nhất có thể được thực hiện ngay cả trong chân không.

5. Bức xạ nhiệt từ vụ nổ bom tác động như thế nào đến cơ thể con người?

Một dạng năng lượng chính của vụ nổ hạt nhân là bức xạ nhiệt. Ban đầu, phần lớn năng lượng này đi vào việc đốt nóng vật liệu bom và không khí xung quanh vụ nổ. Nhiệt độ của một vụ nổ hạt nhân đạt tới nhiệt độ bên trong mặt trời, khoảng 100.000.000°C, và tạo ra một quả cầu lửa rực rỡ.

Có hai xung bức xạ nhiệt xuất hiện từ quả cầu lửa. Xung đầu tiên, kéo dài khoảng 1/10 giây, bao gồm bức xạ trong vùng tử ngoại. Xung thứ hai có thể kéo dài trong vài giây, mang khoảng 99% tổng năng lượng bức xạ nhiệt. Chính bức xạ này là nguyên nhân chính gây bỏng da và chấn thương mắt cho những người bị phơi nhiễm và khiến các vật liệu dễ cháy bùng phát thành ngọn lửa.

Thiệt hại do bức xạ nhiệt phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện thời tiết. Mây hoặc khói trong không khí có thể làm giảm đáng kể phạm vi sát thương so với điều kiện không khí trong lành.

6. Bức xạ nhiệt được ứng dụng như thế nào trong thực tiễn?

Chúng ta mặc quần áo màu trắng hoặc sáng màu vào mùa hè vì chúng hấp thụ kém và phản xạ nhiệt tốt. Bằng cách này, chúng giúp chúng ta cảm thấy mát hơn. Ngược lại, chúng ta thích mặc quần áo tối màu vào mùa đông vì chúng hấp thụ phần lớn bức xạ nhiệt của mặt trời và giữ ấm cho cơ thể.

Bộ tản nhiệt của ô tô, máy móc và điều hòa không khí được sơn màu đen để có tác dụng làm mát bằng cách bức xạ nhiều nhiệt nhất.

Máy sưởi điện có bề mặt được đánh bóng sáng, có tác dụng bức xạ nhiệt tốt. Các bề mặt như vậy hấp thụ rất ít nhiệt và phản xạ về phía chúng ta hầu hết các bức xạ nhiệt. Các bề mặt này vẫn mát mẻ ngay cả sau khi sử dụng máy sưởi liên tục. Các bề mặt được đánh bóng cao của tàu vũ trụ phản xạ hầu hết nhiệt lượng tỏa ra từ mặt trời.

Phần đế của các dụng cụ nấu nướng được làm màu đen. Bề mặt đen như vậy sẽ hấp thụ nhiều nhiệt hơn từ môi trường xung quanh. Có điều này là do sự dẫn truyền, đối lưu và bức xạ nhiệt là nhỏ nhất.

Qua những thông tin trên đây, hy vọng bạn đọc đã có góc nhìn đúng hơn về bức xạ nhiệt là gì. Cũng như những đặc điểm và ứng dụng của bức xạ nhiệt trong khoa học và đời sống thực tế.