Bức xạ nhiệt là gì? Nguồn gốc, đặc điểm và ảnh hưởng của bức xạ nhiệt

Trang Tài Liệu xin giới thiệu bài Bức xạ nhiệt là gì? được chúng tôi sưu tầm và tổng hợp lí thuyết trong chương trình giảng dạy môn Vật lý lớp 8. Hi vọng rằng đây sẽ là những tài liệu hữu ích trong công tác giảng dạy và học tập của quý thầy cô và các bạn học sinh. Đồng thời là những kiến thức mở rộng đầy lý thú về bức xạ nhiệt gồm: nguồn gốc, đặc điểm và ảnh hưởng của bức xạ nhiệt đến sức khỏe, ứng dụng vào thực tế.

Câu hỏi: Bức xạ nhiệt là gì?

Trả lời: Bức xạ nhiệt là hoạt động truyền nhiệt dưới dạng sóng điện từ xuyên qua khoảng không từ vật này sang vật khác không tiếp xúc với nhau mà không cần môi chất trung gian, bao gồm các năng lượng nhiệt có sự chuyển động từ các hạt điện tích. Điều này khác với dẫn nhiệt và đối lưu – dạng truyền nhiệt tiếp xúc.

Bức xạ nhiệt là gì? Khái niệm đối lưu bức xạ nhiệt

Bức xạ nhiệt là gì?

– Bức xạ nhiệt là hoạt động truyền nhiệt dưới dạng sóng điện từ xuyên qua khoảng không từ vật này sang vật khác không tiếp xúc với nhau mà không cần môi chất trung gian, bao gồm các năng lượng nhiệt có sự chuyển động từ các hạt điện tích. Điều này khác với dẫn nhiệt và đối lưu – dạng truyền nhiệt tiếp xúc.

– Một khái niệm khác của bức xạ nhiệt, đó là một quá trình mà hệ biến đổi nhiệt năng nhận được từ môi trường thành nội năng của hệ vật. Bức xạ nhiệt là dạng bức xạ phổ biến nhất tạo ra do các nguyên tử, phân tử của vật chất bị kích thích bởi tác dụng nhiệt từ các nguồn ngoài. Khi các nguyên tử, phân tử của vật chất chuyển từ trạng thái kích thích về trạng thái cơ bản ban đầu, nó sẽ phát ra sóng điện từ, có thể dưới dạng ánh sáng.

– Để bức xạ nhiệt xảy ra, nhiệt độ vật chất giao động phải nhỏ hơn độ không tuyệt đối và có sự tiếp xúc giữa bức xạ với một bề mặt bất kỳ.

– Đơn vị đo bức xạ nhiệt là w/m².

Khái niệm đối lưu bức xạ nhiệt

Đối lưu bức xạ nhiệt là thuật ngữ dùng để chỉ sự trao đổi và dẫn truyền nhiệt năng khi xuất hiện sự chênh lệch của nhiệt độ. Ngoài ra, nó cũng có thể xảy ra khi có sự chuyển đổi của chất lỏng hoặc chất khí tại các vùng nhiệt khác nhau. Có hai hình thức đối lưu bức xạ nhiệt, đó là đối lưu tự nhiên và đối lưu cưỡng bức.

Ví dụ về hiện tượng bức xạ nhiệt

– Ví dụ về bức xạ nhiệt: Để hiểu thêm về khái niệm và hoạt động bức xạ điện từ này chúng ta có thể tham khảo về thí nghiệm bức xạ nhiệt sau đây:

Thực hiện thí nghiệm vào ngày nắng, lượng nhiệt từ ánh sáng mặt trời chiếu vào một chiếc xe ô tô đồng thời xuyên qua lớp cửa kính làm cho chiếc xe trở nên nóng hơn, bên cạnh đó lượng nhiệt của mặt trời cũng làm cho lớp vỏ xe bên ngoài trở nên nóng hơn và tiếp tục hoạt động bức xạ vào bên trong xe. Và cảm nhận rõ nhất của thí nghiệm độ bức xạ nhiệt này chính là khi bước vào chiếc xe bạn sẽ cảm thấy nóng hơn

– Ví dụ thứ 2 về bức xạ nhiệt mặt trời:

Lượng nhiệt mặt trời chiếu trực tiếp vào vách và mái nhà khiến các vật liệu và bề mặt này hấp thụ lượng nhiệt đó và nóng lên và sau đó là tiếp tục bức xạ vào không gian bên trong. Trong đó những bề mặt này tiếp tục phát xạ và xuyên qua không khí đồng thời tiếp cận đến làn da của con người. (được gọi là bức xạ thứ cấp).

Bản chất của hiện tượng bức xạ nhiệt

Bức xạ nhiệt là một thuộc tính của vật chất. Mỗi vật chất đều được cấu tạo từ các nguyên tử, giữa nguyên tử là hạt nhân và xung quanh là các điện tử chuyển động. Khi chuyển động, các điện tử phát ra năng lượng bức xạ dưới dạng sóng điện từ.

– Khi năng lượng phát và năng lượng thu bằng nhau thì bức xạ sẽ tồn tại trạng thái cân bằng, đồng thời nhiệt độ của vật không thay đổi.

– Khi năng lượng phát nhỏ hơn năng lượng thu, nhiệt độ của vật sẽ tăng lên và vật sẽ xảy ra bức xạ nhiệt ở mọi nhiệt độ.

Năng lượng do vật phát ra hoặc hấp thụ trong trao đổi bức xạ nhiệt không liên tục mà là các hạt proton (lượng tử ánh sáng). Điều này có nghĩa là, quá trình phát và hấp thụ năng lượng mang tính chất hạt. Do đó, trao đổi bức xạ nhiệt bản chất là quá trình vừa mang tính chất sóng, vừa mang tính chất hạt.

Tính chất của bức xạ nhiệt

– Mọi vật đều có bức xạ nhiệt và mức độ bức xạ sẽ tùy thuộc vào giá trị nhiệt độ của vật.

– Quá trình trao đổi nhiệt bằng bức xạ luôn đi kèm 2 lần biến đổi năng lượng, bao gồm: Biến đổi nội năng thành sóng điện từ ở vật phát xạ và biến đổi ngược lại ở vật hấp thụ.

– Bức xạ nhiệt vừa mang tính chất sóng, vừa mang tính chất hạt và tốc độ của nó bằng với tốc độ của ánh sáng.

– Ngay cả trong chân không, bức xạ nhiệt vẫn diễn ra giữa 2 vật.

– Trong kĩ thuật, người ta chỉ khảo sát tia nhiệt hồng ngoại và ánh sáng trắng.

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.

Tác động của bức xạ nhiệt đối với đời sống con người và môi trường xung quanh

Tác động tới đời sống con người

Nguồn bức xạ nhiệt ảnh hưởng tới con người thường là bức xạ giao thông, bức xạ mặt trời, bức xạ nhiệt công cộng do bê tông hóa, trong đó, nguy hiểm nhất là tia cực tím trong ánh sáng mặt trời. Các tác động có thể được gây ra bởi bức xạ nhiệt là:

– Tổn thương da và giác mạc mắt của con người: Chỉ số tia cực tím càng cao, tổn thương nó gây ra càng lớn, thậm chí nó còn có thể tác động đến men sống của cơ thể tại nhiều tuyến và nguồn tế bào khác nhau.

– Là nguyên nhân làm suy giảm hệ thống miễn dịch và gây nên các bệnh về đường hô hấp, stress, thậm chí ảnh hưởng tới sức khỏe sinh sản của con người.

Tác động tới môi trường

– Không khí bị nhiễm phóng xạ gây ra tình trạng ô nhiễm môi trường về mặt bức xạ. Tại các đô thị lớn, vấn đề này càng trầm trọng.

– Là nguyên nhân khiến trái đất nóng lên, biến đổi khí hậu, nghịch mùa do nhiệt năng sinh ra bởi bức xạ nhiệt cao. Đây là nguyên nhân gián tiếp gây ô nhiễm không khí và làm ảnh hưởng nghiêm trọng tới môi trường tự nhiên.

Ứng dụng của bức xạ nhiệt

Dù gây nên khá nhiều tác hại khôn lường, song không thể phủ nhận việc sử dụng bức xạ nhiệt đúng cách có thể đem lại khá nhiều những ứng dụng tuyệt vời trong cuộc sống hiện đại ngày nay. Cụ thể dưới đây là một số ứng dụng nổi bật mà bạn có thể tham khảo!

– Hỗ trợ soi chiếu an ninh hải quan. Đây là một trong những ứng dụng đặc biệt quan trọng của bức xạ nhiệt, qua đó hỗ trợ, đảm bảo an ninh chủ quyền biển đảo của nước nhà.

– Ứng dụng trong công nghệ hạt nhân, đưa tới giải pháp chữa trị những căn bệnh hiểm nghèo nguy hiểm.

– Ngoài ra bức xạ nhiệt cũng dần được ứng dụng rộng rãi trong kinh tế, kỹ thuật, hỗ trợ sản xuất chế biến thực phẩm cũng như các đồ dùng hằng ngày.

Cách hạn chế tác động của bức xạ nhiệt

Như đã biết, bức xạ nhiệt có hại đối với sức khỏe con người tuy nhiên hàng ngày, chúng ta vẫn phải làm việc bất kể trời nắng nóng và lượng tia UV cao. Vì vậy, cần có những biện pháp để hạn chế phần nào những tác hại đó.

Hạn chế bức xạ nhiệt cho toà nhà

Một trong những biện pháp thường được sử dụng tại các tòa nhà có kiến trúc kính là dán phim cách nhiệt nhà kính. Phim cách nhiệt nhà kính có khả năng chống nắng, chống nóng tốt, có thể làm giảm đến 99% tia cực tím. Vì vậy, lợi ích trước hết của phim cách nhiệt nhà kính là góp phần bảo vệ sức khỏe con người khỏi hiện tượng bức xạ nhiệt, bảo vệ mắt và da một cách hiệu quả nhất.

Hạn chế bức xạ nhiệt cho ô tô

Bên cạnh đó, một hiện tượng bức xạ nhiệt phổ biến nhất hiện nay là tình trạng nóng lên của xe ô tô khi bị ánh nắng mặt trời chiếu vào. Một lượng nhiệt lớn từ mặt trời sẽ trực tiếp xuyên qua cửa kính ô tô làm tăng nhiệt độ và sức nóng trong khoang xe. Đặc biệt là vào những ngày hè nóng bức và khi xe ô tô di chuyển thường xuyên dưới trời nắng.

Chính vì vậy, để giảm thiểu vấn đề trên một cách hiệu quả, các chủ xe đã ngăn tác hại của bức xạ nhiệt bằng phim cách nhiệt ô tô.

Kính xe ô tô là bộ phận chiếm diện tích khá lớn, có mức độ truyền nhiệt và hấp thụ bức xạ nhiệt cao.

Vì vậy dán phim cách nhiệt cho ô tô luôn là giải pháp hàng đầu. Cơ chế cản nhiệt của phim cách nhiệt ô tô là hấp thụ, bức xạ và phản xạ ngược nhiệt lượng từ mặt trời truyền đến kính ô tô.

Bên cạnh đó, những dòng phim cách nhiệt ô tô cao cấp trên thị trường có khả năng giảm từ 50%-60% nhiệt lượng từ mặt trời mà xe hấp thụ và ngăn cản đến 99,9% tia UV, tia hồng ngoại có hại cho da và mắt.

Cách hạn chế bức xạ nhiệt đối với các trường hợp khác

Đối với các trường hợp khác như là đi bộ ngoài trời hay đi xe máy. Chúng ta cũng cần có những biện pháp phù hợp như mặc áo chống nắng. Sử dụng các loại kem chống nắng, kính mắt để bảo vệ da và mắt.

Đặc biệt hạn chế tiếp xúc với ánh mặt trời khoảng thời gian từ 12h – 14h chiều. Vì đây là thời điểm bức xạ nhiệt cao nhất.

Giải bài tập đối lưu – bức xạ nhiệt vật lý 8 bài 23

Câu 1: Đối lưu là sự truyền nhiệt xảy ra trong chất nào?

A. Chỉ ở chất lỏng.

B. Chỉ ở chất khí.

C. Chỉ ở chất lỏng và chất khí.

D. Ớ các chất lỏng, chất khí và chất rắn.

Câu 2: Trong các sự truyền nhiệt dưới đây, sự truyền nhiệt nào không phải là bức xạ nhiệt?

A. Sự truyền nhiệt từ Mặt Trời tới Trái Đất.

B. Sự truyền nhiệt từ bếp lò tới người đứng gần bếp lò.

C. Sự truyền nhiệt từ đầu bị nung nóng sang đầu không bị nung nóng của một thanh đồng.

D. Sự truyền nhiệt từ dây tóc bóng đèn điện đang sáng ra khoảng không gian bên trong bóng đèn.

Câu 3: Câu nào sau đây nói về bức xạ nhiệt là đúng?

A. Mọi vật đều có thể phát ra tia nhiệt

B. Chỉ có những vật bề mặt xù xì và màu sẫm mới có thể phát ra tia nhiệt

C. Chỉ có những vật bề mặt bóng và màu sáng mới có thể phát ra tia nhiệt

D. Chỉ có Mặt Trời mới có thể phát ra tia nhiệt

Câu 4: Câu nào dưới đây so sánh dẫn nhiệt và đối lưu là đúng?

A. Dẫn nhiệt là quá trình truyền nhiệt, đối lưu không phải là quá trình truyền nhiệt

B. Cả dẫn nhiệt và đối lưu đều có thể xảy ra trong không khí

C. Dẫn nhiệt xảy ra trong môi trường nào thì đôi lưu cũng có thể xảy ra trong môi trường đó.

D. Trong nước, dẫn nhiệt xảy ra nhanh hơn đối lưu

Câu 5: Câu nào dưới đây so sánh dần nhiệt và bức xạ nhiệt là không đúng?

A. Dẫn nhiệt và bức xạ nhiệt đều có thể xảy ra trong không khí và trong chân không

B. Dẫn nhiệt xảy ra khi các vật tiếp xúc nhau, bức xạ nhiệt có thể xảy ra khi các vật không tiếp xúc

C. Trong không khí bức xạ nhiệt xảy ra nhanh hơn dẫn nhiệt

D. Trái Đất nhận được năng lượng từ Mặt Trời nhờ bức xạ nhiệt, không nhờ dẫn nhiệt.

Câu 6: Ngăn đá của tủ lạnh thường đặt ở phía trên ngăn đựng thức ăn, để tận dụng sự truyền nhiệt bằng

A. Dẫn nhiệt

B. Bức xạ nhiệt

C. Đối lưu

D. Bức xạ nhiệt và dẫn nhiệt

Câu 7: Khi hiện tượng đối lưu đang xảy ra trong chất lỏng thì:

A. trọng lượng riêng của khối chất lỏng đều tăng lên

B. trọng lượng riêng của lớp chất lỏng ở trên nhỏ hơn của lớp ở dưới

C. trọng lượng riêng của lớp chất lỏng ở trên lớn hơn của lớp ở dưới

D. trọng lượng riêng của lớp chất lỏng ở trên băng của lớp dưới

Câu 8: Trong chân không một miếng đồng được đun nóng có thể truyền nhiệt cho một miếng đồng không được nung nóng

A. chỉ bằng bức xạ nhiệt

B. chỉ bằng bức xạ nhiệt và dẫn nhiệt

C. Chỉ bằng bức xạ nhiệt và đối lưu

D. bằng cả bức xạ nhiệt, dẫn nhiệt và đối lưu

Câu 9: Để tay bên trên một hòn gạch đã được nung nóng thấy nóng hơn để tay bên cạnh hòn gạch đó vì

A. sự dẫn nhiệt từ hòn gạch tới tay để bên trên tốt hơn từ hòn gạch tới tay để bên cạnh

B. sự bức xạ nhiệt từ hòn gạch tới tay để bên trên tốt hơn từ hòn gạch tới tay để bên cạnh

C. sự đối lưu từ hòn gạch tới tay để bên trên tốt hơn từ hòn gạch tới tay để bên cạnh

D. cả sự dẫn nhiệt, bức xạ nhiệt và đối lưu từ hòn gạch tới tay để bên trên đều tốt hơn từ hòn gạch tới tay để bên cạnh

ĐÁP ÁN: 

Câu 1: C

Câu 2: C

Câu 3: A

Câu 4: B

Câu 5: A

Câu 6: C

Câu 7: C

Câu 8: A

Câu 9: C

Vừa rồi là những chia sẻ của Trang Tài Liệu về khái niệm bức xạ nhiệt là gì. Những ảnh hưởng của bức xạ nhiệt đối với sức khoẻ của chúng ta. Đồng thời Xpel Việt Nam đưa ra một số cách khắc phục tác động của bức xạ nhiệt đối với sức khỏe con người. Hy vọng bài viết này sẽ thực sự hữu ích cho bạn, giúp bạn có thêm kiến thức và kinh nghiệm để bảo vệ sức khỏe khỏi hiện tượng bức xạ nhiệt.