Máy Tính Bức Xạ Nhiệt Stefan-Boltzmann

Nhập phép tính

Độ phát xạ ε (0–1)

Diện tích bề mặt A (m²)

Nhiệt độ T (K)

Kết quả

Công suất bức xạ

459,3

watt (W)

Hằng số Stefan-Boltzmann σ	5,670374419 × 10⁻⁸ W·m⁻²·K⁻⁴

Công cụ này là gì

Máy Tính Bức Xạ Stefan-Boltzmann giúp bạn xác định tổng công suất nhiệt mà một bề mặt phát ra. Theo định luật Stefan-Boltzmann, mọi vật thể đều bức xạ năng lượng tỷ lệ với lũy thừa bậc bốn của nhiệt độ tuyệt đối, nhân thêm với độ phát xạ và diện tích bề mặt của nó. Đây là một công cụ vật lý mang tính phổ quát, áp dụng được cho các ngôi sao, kim loại nung nóng, bề mặt công trình xây dựng, cơ thể người và bất kỳ vật nào phát ra bức xạ nhiệt.

Cách sử dụng

Bạn chỉ cần nhập ba giá trị: độ phát xạ (một con số không thứ nguyên, từ 0 đối với vật phản xạ hoàn hảo đến 1 đối với vật đen tuyệt đối lý tưởng), diện tích bề mặt tính bằng mét vuông, và nhiệt độ tuyệt đối tính bằng kelvin. Lưu ý chuyển đổi từ độ C sang kelvin bằng cách cộng thêm 273,15. Máy tính sẽ trả về công suất bức xạ tính bằng watt.

Giải thích công thức

Phương trình là $$P = \varepsilon \cdot \sigma \cdot A \cdot T^{4}$$ trong đó \(P\) là công suất bức xạ tính bằng watt, \(\varepsilon\) là độ phát xạ, \(\sigma\) là hằng số Stefan-Boltzmann (\(5{,}670374419 \times 10^{-8}\ \text{W}\cdot\text{m}^{-2}\cdot\text{K}^{-4}\)), \(A\) là diện tích tính bằng mét vuông, và \(T\) là nhiệt độ tuyệt đối tính bằng kelvin. Vì nhiệt độ được nâng lên lũy thừa bậc bốn, nên khi \(T\) tăng gấp đôi thì công suất bức xạ tăng lên gấp mười sáu lần.

Quảng cáo

Radiated power grows with the fourth power of absolute temperature, so it rises very steeply as T increases.

The Stefan-Boltzmann law relates radiated power to emissivity, area and the fourth power of absolute temperature.

Ví dụ minh họa

Xét da người ở nhiệt độ 305 K với diện tích 1,8 m² và độ phát xạ 0,98: \(T^{4} = 305^{4} = 8\,653\,650\,625\). Khi đó $$P = 0{,}98 \times 5{,}670374419 \times 10^{-8} \times 1{,}8 \times 8\,653\,650\,625 \approx 865{,}6\ \text{W}$$ Đây là tổng lượng bức xạ phát ra; muốn tính lượng nhiệt mất đi thực tế thì phải trừ đi phần bức xạ mà cơ thể hấp thụ ngược lại từ môi trường xung quanh.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao dùng kelvin mà không dùng độ C? Định luật này sử dụng nhiệt độ tuyệt đối; nếu dùng độ C thì kết quả sẽ vô nghĩa, bởi vì phép tính \(T^{4}\) đòi hỏi một thang đo có điểm không thực sự.

Độ phát xạ là gì? Đây là đại lượng đo mức độ hiệu quả mà một bề mặt phát ra bức xạ so với vật đen tuyệt đối. Kim loại đánh bóng có giá trị thấp (~0,05); còn da, nước và sơn mờ thì nằm trong khoảng 0,95–0,98.

Đây có phải là lượng nhiệt mất đi thực tế không? Không. Đây là tổng công suất phát ra. Lượng trao đổi bức xạ thực tế được tính bằng \(P_{net} = \varepsilon \sigma A (T^{4} - T_{\text{môi trường}}^{4})\).