Vì sao bức xạ nhiệt tăng rất mạnh khi vật nóng hơn?
Vật lý 12 • Khám phá mở rộng
Trong mô tả bức xạ nhiệt thích hợp, công suất phát tăng theo lũy thừa bốn của nhiệt độ tuyệt đối nếu diện tích và tính chất phát xạ được giữ như nhau. Vì vậy, tăng nhiệt độ có thể làm bức xạ tăng mạnh hơn nhiều so với một quan hệ tỉ lệ thẳng. [1]
Công thức kể ba phần của câu chuyện
Cách viết quen thuộc là P = εσAT⁴. P là công suất bức xạ phát ra, A là diện tích phát, T là nhiệt độ theo kelvin, σ là hằng số Stefan–Boltzmann và ε là hệ số phát xạ phù hợp của bề mặt. Với vật đen lý tưởng, hệ số này bằng một. [1]
Diện tích nói về phạm vi phát; tính chất bề mặt nói về hiệu quả phát; nhiệt độ nói về trạng thái nhiệt. Chỉ biết vật to hơn hoặc trông đen hơn chưa đủ để suy mọi công suất nếu những phần còn lại khác.
Phải dùng nhiệt độ tuyệt đối
Lũy thừa bốn trong quan hệ này dùng kelvin. Tăng một nhiệt độ Celsius theo một tỉ lệ không tạo cùng tỉ lệ nhiệt độ tuyệt đối, vì hai thang có mốc khác. Hiểu mốc tránh cách nói tùy ý “nóng gấp đôi là phát gấp bao nhiêu” mà chưa xác định nhiệt độ đang được so thế nào. [1]
Một bề mặt có thể phát nhiều năng lượng trong hồng ngoại mà chưa nhìn đỏ rực bằng mắt. Công suất tổng và phần nằm trong vùng nhìn thấy không phải cùng một câu hỏi.
Phát ra khác mất đi ròng
Vật cũng nhận bức xạ từ môi trường. Muốn biết trao đổi nhiệt ròng phải xét cả phần nhận, hình học và điều kiện xung quanh. Khi cân bằng nhiệt, một vật vẫn phát bức xạ; không có trao đổi ròng không có nghĩa nó ngừng phát. [1]
Hệ số phát xạ còn có thể phụ thuộc bước sóng và nhiệt độ. Cách viết gọn đang dùng một mô tả tổng hợp thích hợp, không một con số bất biến cho mọi bề mặt trong mọi miền nhiệt.
Điều giúp nhớ là nhiệt độ quyết định rất mạnh mức phát, còn nhiệt trao đổi ròng cần nhìn cả hai phía. Đây là ý nghĩa vật lý của công thức, không một yêu cầu làm phép tính.
Kết nối với bài học
Bài học nền tảng: Nội năng. Định luật I của nhiệt động lực học.
Đọc thêm: Bức xạ nhiệt truyền được qua chân không vì sao.
Chương trình Vật lý 12 · Trợ lý AI Ước Mơ Lớn.