Бесплатные калькуляторы
⌕ Поиск

Примеры запросов: процентыипотекаплощадь✓ 990 работающих калькуляторов

ТЕПЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ · ОНЛАЙН

Во сколько раз изменится мощность теплового излучения при нагреве

Полная мощность теплового излучения нагретого тела пропорциональна четвёртой степени его абсолютной температуры. Поэтому при неизменных площади поверхности и излучательной способности мощность меняется в (T₂/T₁)⁴ раз. Калькулятор возводит отношение температур в заданную степень и сразу показывает, во сколько раз выросло или упало излучение.

✓ Бесплатно⌁ С пояснением✦ Без регистрации
▦
КАЛЬКУЛЯТОР

Введите данные

Температуры в кельвинах: T = t(°C) + 273,15. Отношение значений в градусах Цельсия даст неверный результат.
Для полного теплового излучения при неизменных площади и излучательной способности n = 4.
✓ Исходные значения передаются серверу только для выполнения расчёта. Регистрация не нужна.
ВАШ РЕЗУЛЬТАТ✓ Вычислено

Степень

Результат16

«Копировать картинку» помещает изображение результата в буфер обмена без сохранения файла — его можно сразу вставить в мессенджер или документ. Картинка и PDF содержат ссылку на calc-calc.ru.

Был ли калькулятор полезен?Одно касание — и мы поймём, какие инструменты улучшать.
ПОДРОБНЫЙ РАЗБОР · ФОРМУЛЫ И ПРИМЕРЫ

Во сколько раз изменится мощность теплового излучения при нагреве: четвёртая степень температуры

Раскалённая спираль светит гораздо ярче тёплой, и разница не пропорциональна температуре, а растёт намного быстрее. Причина в законе Стефана — Больцмана: полная мощность теплового излучения пропорциональна четвёртой степени абсолютной температуры. Калькулятор показывает, во сколько раз изменится мощность излучения при нагреве или остывании, если известно отношение температур в кельвинах.

Для сравнения двух состояний одного и того же тела постоянные в формуле сокращаются, поэтому нужны только две температуры. Ниже объяснено, почему расчёт ведут в кельвинах, как избежать ошибки со шкалой Цельсия, как применять результат к нити накала и звёздам и в каких случаях закон перестаёт работать.

Закон Стефана — Больцмана в одной строке

Полная мощность теплового излучения абсолютно чёрного тела равна P = σ·S·T⁴. Для реальных тел добавляется излучательная способность ε, но при неизменных площади и ε отношение мощностей определяется только температурами: P₂/P₁ = (T₂/T₁)⁴. Постоянная Стефана — Больцмана при этом сокращается, и знать её не нужно.

Именно поэтому калькулятору достаточно отношения температур. Нагрев вдвое по шкале Кельвина увеличивает мощность излучения в 16 раз, нагрев на 10 % — примерно в 1,46 раза (1,1⁴ = 1,4641), а охлаждение вдвое снижает мощность до 1/16 от прежней.

Почему температуры нужно брать в кельвинах

Закон записан для абсолютной температуры, отсчитываемой от абсолютного нуля. Градусы Цельсия сдвинуты на 273,15, поэтому отношение «40 °C к 20 °C» не равно двум. Правильные значения — 313,15 К и 293,15 К, их отношение около 1,0682, а четвёртая степень равна примерно 1,302.

Если подставить в калькулятор ошибочное отношение 2, получится 16, то есть завышение более чем в 12 раз. Для перевода прибавьте 273,15 к значению в градусах Цельсия, вычислите отношение и только его вводите. Температуру по Фаренгейту сначала переведите в градусы Цельсия или кельвины.

Пример: остывание нити накала

Спираль излучает при 2800 К. После снижения напряжения её температура упала до 2100 К при прежних площади и излучательной способности. Отношение температур 2100/2800 равно 0,75, а его четвёртая степень — 0,3164. Мощность излучения уменьшилась примерно в 3,16 раза и составила около 31,6 % от прежней.

Важно, что это мощность самого излучения тела. Реальный теплообмен определяется разностью излучения тела и окружения, то есть пропорционален T⁴ − T_среды⁴, а также конвекцией и теплопроводностью. Для раскалённой спирали поправка на комнатное окружение ничтожна: (300/2800)⁴ составляет около 0,013 % от собственного излучения.

Когда показатель степени отличается от четырёх

Поле показателя оставлено изменяемым, чтобы страницу можно было использовать для смежных степенных зависимостей. Если при нагреве меняется и площадь излучающей поверхности, например радиус звезды, мощность нужно дополнительно умножить на отношение площадей: для сферы это (R₂/R₁)². Тогда светимость сравнивают как (R₂/R₁)²·(T₂/T₁)⁴.

Для других законов показатель иной: длина волны максимума излучения по закону смещения Вина обратно пропорциональна температуре, то есть n = −1. Для излучения с узким спектром, например светодиода, закон Стефана — Больцмана неприменим: он описывает полное тепловое излучение, близкое к излучению чёрного тела.

Ограничения и меры предосторожности

Закон точен для абсолютно чёрного тела, а у реальных материалов излучательная способность зависит от температуры, длины волны и состояния поверхности. Если она заметно меняется при нагреве, мощность растёт быстрее или медленнее четвёртой степени, и калькулятор даёт лишь ориентир.

Расчёт не оценивает безопасность нагретых поверхностей: тела с температурой в сотни градусов вызывают ожоги и пожары. Решения по печам, нагревателям и теплоизоляции принимают по нормативам и данным производителя.

Формула расчёта

ОСНОВНАЯ ФОРМУЛА

P₂ / P₁ = (T₂ / T₁)ⁿ, n = 4

Проверенные примеры

Нагрев вдвое

Температура тела выросла с 300 до 600 К. Во сколько раз изменилась мощность излучения?

(600 / 300)⁴ = 2⁴ = 16: излучение возросло в 16 раз.

От 20 до 40 °C

Тело нагрели с 20 до 40 °C.

T₁ = 293,15 К, T₂ = 313,15 К, отношение ≈ 1,0682, 1,0682⁴ ≈ 1,302: рост около 30 %, а не в 16 раз, как получилось бы при ошибочном отношении 40 / 20 = 2.

Остывание нити накала

Температура спирали упала с 2800 до 2100 К.

(2100 / 2800)⁴ = 0,75⁴ ≈ 0,316: мощность излучения уменьшилась примерно в 3,16 раза.

Как пользоваться онлайн-калькулятором

  1. Переведите обе температуры в кельвины: прибавьте 273,15 к значению в градусах Цельсия.
  2. Разделите конечную температуру T₂ на начальную T₁ и введите отношение в первое поле.
  3. Оставьте показатель 4 для закона Стефана — Больцмана.
  4. Нажмите «Вычислить»: результат больше единицы означает рост мощности, меньше единицы — снижение.
ВОПРОСЫ И ОТВЕТЫ

Частые вопросы

Нужно ли знать постоянную Стефана — Больцмана?

Нет. При неизменных площади и излучательной способности она и другие множители сокращаются в отношении P₂/P₁.

Что вводить, если температуры заданы в градусах Цельсия?

Сначала переведите их в кельвины, прибавив 273,15, и только потом делите. Отношение значений в градусах Цельсия физического смысла не имеет.

Можно ли так сравнивать звёзды?

Только при одинаковом радиусе. Светимость звезды пропорциональна R²·T⁴, поэтому результат нужно дополнительно умножить на (R₂/R₁)².

Что означает результат меньше единицы?

Тело остыло, и излучаемая мощность уменьшилась во столько раз, сколько показывает обратное число.

Похожие калькуляторы

ПОДЕЛИТЬСЯ ИНСТРУМЕНТОМ

Встроить на свой сайт

Вставьте этот код в HTML-блок на своём сайте. Посетители смогут пользоваться калькулятором без перехода.

Прямая ссылка: https://calc-calc.ru/embed/calc_030224/

Предварительный просмотр