Properties of Surface Emission MCQ Quiz in हिन्दी - Objective Question with Answer for Properties of Surface Emission - मुफ्त [PDF] डाउनलोड करें

संकल्पना:

कृष्णिका के लिए स्टीफन-बोल्ट्जमान नियम का उपयोग करना:

\( E = \sigma T^4 \)

तापमान ज्ञात करने के लिए, वीन के नियम को लागू करें:

\( \lambda_{\text{max}} T = b \Rightarrow T = \frac{2890}{0.49} = 5897.96~K \)

अब गणना करें:

\( E = 5.67 \times 10^{-8} \cdot (5897.96)^4 \approx 6.86 \times 10^7~\text{W/m}^2 = 6.86 \times 10^4~\text{kW/m}^2 \)

वर्णन:

उत्सर्जकता:

• उत्सर्जकता को समान तापमान और तरंगदैर्ध्य पर तथा समान दृश्य स्थितियों के तहत किसी पदार्थ की सतह से विकरित ऊर्जा और एक कृष्णिका के रूप में ज्ञात पूर्ण उत्सर्जक से विकरित ऊर्जा के अनुपात के रूप में परिभाषित किया जाता है।
• यह 0 (पूर्ण परावर्तक) और 1 (पूर्ण उत्सर्जक के लिए) के बीच की एक आयामहीन संख्या है।

उत्सर्जकता स्वयं निम्न पर निर्भर करती है

• सामग्री के प्रकार
• सतह की भौतिक प्रकृति
• दृश्य कोण
• तरंगदैर्ध्य
• ज्यामिति
• तापमान

​संकल्पना:

• सफेद और चमकदार सतहें ऊष्मा और प्रकाश की खराब अवशोषक होती हैं जबकि काली और काली सतहें ऊष्मा और प्रकाश की अच्छी अवशोषक होती हैं।
  • गोरी त्वचा वाले लोगों की तुलना में सांवली त्वचा वाले व्यक्ति को अधिक गर्मी और मोल वाली ठंड का अनुभव होगा।

स्पष्टीकरण:

• हम गर्मियों में सफेद कपड़े पसंद करते हैं क्योंकि सफेद कपड़े सूरज की अधिकांश गर्मी को परावर्तित करते हैं और सूरज की गर्मी को बहुत कम अवशोषित करते हैं और हमारे शरीर को बनाए रखते हैं।
• जब शरीर सावले रंग (काले कपड़ों की तरह) का होगा, तो सारा प्रकाश अवशोषित हो जाता है क्योंकि काला अच्छा अवशोषक और बुरा परावर्तक (ρ = 0, τ = 0, और α = 1) होता है जबकि गोरे रंग वाला शरीर (सफेद कपड़े) अपनी ओर आने वाले सभी प्रकाश को उत्सर्जित या परावर्तित करता है (ρ = 1, τ = 0, और α = 0)
• तो सफेद रंग के लिए,

α = 0, τ = 0 और ρ = 1

तो,सही उत्तर विकल्प 1 है।

Additional Information

• सफेद रंग का अनुप्रयोग:
  • घरों में विकिरक(रेडिएटर) सफेद रंग से पेंट किए जाते है।
  • हम गर्मियों में सफेद कपड़ा इसलिए पहनते हैं क्योंकि यह पूरे प्रकाश को परावर्तित करता है और हमारे शरीर को ठंडा रखता है।

Additional Information

• अफ़्रीका में रहने वाले लोगों की तरह काले रंग के लोगों में दुनिया के किसी भी अन्य लोगों की तुलना में औसतन 36% ऊष्मा या सौर विकिरण को अवशोषित करने की क्षमता होती है।
• ऐसा कोई निकाय नहीं है जो पूरी तरह से प्रकाश को अवशोषित या उत्सर्जित करता हो, इसका अर्थ है कि कोई भी प्रकाश पूरी तरह से अवशोषित या उत्सर्जित नहीं हो सकता है।

Concept:

Emissivity (ϵ) is the ratio of emissive power of a non-black body to the black body.

ϵ = E/Eb

Calculation:

Given:

Gray body emission of 90% of black body i.e.

E = 0.9E_b

\(\epsilon=\frac{E}{E_b}=0.9\)

As per the question

ϵT⁴ = ϵ_bT_b4

0.9 × T4 = 1 × (1200)⁴

T = 1232.028 K

व्याख्या:

ग्रे निकाय

• जब गैर-कृष्णिका सतह की उतसर्जकता सभी तापमानों और तरंगदैर्ध्य की पूरी सीमा पर स्थिर होती है, तो ऐसी सतह को ग्रे निकाय कहा जाता है। 

उतसर्जकता

• यह समान तापमान अर्थात् \(\epsilon=\frac{E}{E_b}\) निकाय की उत्सर्जक शक्ति और कृष्णिका की उत्सर्जक शक्ति का अनुपात है।
• उत्सर्जकता का मान 0 और 1 के बीच होता हैI

कृष्णिका    

• संपूर्ण कृष्णिका के लिए , अवशोषणशीलता = 1; उत्सर्जकता = 1, पारेषणता = 0 ; परावर्तकता = 0, i.e. ρ = τ = 0, 

जहाँ, ρ = परावर्तकता, τ = पारेषणता, α = अवशोषकता

विसरण निकाय

• एक निकाय को विसरित कहा जाता है यदि दिशा से स्वतंत्र उत्सर्जित विकिरण की तीव्रता, अर्थात तीव्रता सभी दिशाओं में समान हो

संकल्पना:

विकिरण (जी): प्रति इकाई क्षेत्र प्रति इकाई समय सतह पर आपतित कुल विकिरण।

रेडियोसिटी (J): प्रति इकाई क्षेत्र प्रति इकाई समय सतह को छोड़ने वाली कुल विकिरण।

रेडियोसिटी में सतह से मूल उत्सर्जन और और उस पर आपतित किसी भी विकिरण का परावर्तित भा शामिल है।

J = E + ρG

J = εEb + ρG

Eb = एक परिपूर्ण कृष्णिका की उत्सर्जक शक्ति

α + ρ + τ = 1

अपारदर्शी निकाय के लिए: τ = 0 ⇒ α + ρ = 1 ⇒ ρ = 1 - α = 1 - ε

J = εEb + (1 - ε)G = E + (1 - ε)G

गणना:

दिया हुआ:

G = 1000 W/m2, Eb = 400 W/m2, ϵ = 0.4

स्पष्टीकरण:

विकिरण की तीव्रता:

उत्सर्जित विकिरण Ie(θ,ϕ) के लिए विकिरण तीव्रता को उस दर के रूप में परिभाषित किया जाता है जिसपर विकिरण ऊर्जा dQ̇e इस दिशा के लंबवत प्रति इकाई क्षेत्रफल दिशा (θ,ϕ) में और इस दिशा के चारों ओर प्रति इकाई ठोस कोण में उत्सर्जित होती है। अर्थात् 

\({I_e}\left( {\theta ,\phi } \right)\; = \;\frac{{d{{\dot Q}_e}}}{{dA\cos \theta .d\omega }}\; = \;\frac{{d{{\dot Q}_e}}}{{dA\cos \theta \sin \theta \;d\theta d\phi }}\;\left( {\frac{W}{{{m^2}}}.sr} \right)\)

उत्सर्जकता (ϵ):

एक सतह की उत्सर्जकता दिए गए तापमान पर सतह द्वारा उत्सर्जित विकिरण और समान तापमान पर एक कृष्णिका द्वारा उत्सर्जित विकिरण के अनुपात को दर्शाता है।

कृष्णिका सतह के लिए, ϵ = 1

किरणीयन (G):

सभी दिशाओं से एक सतह पर पड़ने वाला विकिरण अभिवाह किरणीयन G कहलाता है।

अवशोषकता, परावर्तकता और प्रसार्यता:

सतह द्वारा अवशोषित किरणीयन का भाग अवशोषकता α कहलाता है, सतह द्वारा परावर्तित भाग परावर्तकता ρ कहलाता है, और प्रसारित भाग प्रसार्यता τ कहलाता है।

\(\alpha + \rho + \tau \; = \;1\)

संकल्पना:

प्रति इकाई समय में एक निकाय द्वारा उत्सर्जित विकिरण ऊर्जा निम्न द्वारा दी जाती है:

Eb = ϵAσT4

जहां ϵ निकाय का उत्सर्जकता है।

σ = स्टीफन - बोल्ट्जमान स्थिरांक = 5.67 × 10-8 W m-2K-4

गणना:

किसी दिए गए क्षेत्र के लिए E α T 4

\(\frac{{{E_2}}}{{{E_1}}} = \frac{{T_2^4}}{{T_1^4}}\)

\(\frac{{{E_2}}}{{{E_1}}} = \frac{{{{\left( {2{T_1}} \right)}^4}}}{{T_1^4}} \Rightarrow {E_2} = 16E\) ,

E1 = P (दिया गया)

वर्णन:

उत्सर्जकता:

• उत्सर्जकता को समान तापमान और तरंगदैर्ध्य पर तथा समान दृश्य स्थितियों के तहत किसी पदार्थ की सतह से विकरित ऊर्जा और एक कृष्णिका के रूप में ज्ञात पूर्ण उत्सर्जक से विकरित ऊर्जा के अनुपात के रूप में परिभाषित किया जाता है।
• यह 0 (पूर्ण परावर्तक) और 1 (पूर्ण उत्सर्जक के लिए) के बीच की एक आयामहीन संख्या है।

उत्सर्जकता स्वयं निम्न पर निर्भर करती है

• सामग्री के प्रकार
• सतह की भौतिक प्रकृति
• दृश्य कोण
• तरंगदैर्ध्य
• ज्यामिति
• तापमान

अवधारणा:

• पदार्थ के आवेशित कणों के ऊष्मीय स्थानांतरण द्वारा एक निकाय से दूसरे निकाय में ऊष्मा का दीप्तिमान ऊर्जा के रूप में स्थानांतरण, ऊष्मीय विकिरण है
• विकिरण का तंत्र तीन चरणों में बांटा गया है
  • गर्म स्रोतों की ऊष्मीय ऊर्जा का विद्युत् चुम्बकीय तरंगों में रूपांतरण
  • हस्तक्षेप माध्यम से तरंग स्थानांतरण का मार्ग
  • तरंगों का ऊष्मा में परिवर्तन
• ऊष्मीय विकिरण 0.01 से लेकर 100 µm मीटर तक की विद्युत चुम्बकीय तरंग लंबाई तक सीमित हैं।

​

इसमें UV विकिरण (0.1 से 0.4 µm), संपूर्ण दृश्य विकिरण (0.4 से 0.7 µm), और संपूर्ण अवरक्त विकिरण (0.7 से 100 µm) के कुछ अंश शामिल हैं।

स्पष्टीकरण​:

प्लेटों के बीच रखा गया 1 आवरण नेटवर्क में अतिरिक्त 3 अतिरिक्त प्रतिरोध लाएगा जिनमें से 2 सतह प्रतिरोध हैं और 1 समष्टि प्रतिरोध है।

इसलिए यदि विकिरण आवरणों की संख्या n है, तो n संख्या में आवरणों  के साथ खींचे गए विकिरण नेटवर्क में कुल 2n + 2 सतह प्रतिरोध और n + 1 संख्या में समष्टि प्रतिरोध होंगे।

आवरण के बिना ऊष्मा फ्लक्स का सूत्र जब प्रत्येक सतह की उत्सर्जकता ϵ हो, होता है ,

\({\left( {\frac{q}{A}} \right)_{without\;shield}}= \;\frac{{\sigma \left( {T_1^4 - T_2^4} \right)}}{{{\frac{1}{\epsilon_1}+}\frac{1}{\epsilon_2} - 1}} = \;\frac{{\sigma \left( {T_1^4 - T_2^4} \right)}}{{\frac{2}{\epsilon} - 1}}\)

\({\left( {\frac{q}{A}} \right)_{with\;one\;shield}} = \frac{{\sigma \left( {T_1^4 - T_2^4} \right)}}{{\frac{4}{\epsilon} - 2}} = \frac{1}{2}\;\times\frac{{\sigma \left( {T_1^4 - T_2^4} \right)}}{{\frac{2}{\epsilon} - 1}}\)

यदि प्लेटों के बीच n संख्या में आवरण रखे जाते हैं, तो,

\({\left( {\frac{q}{A}} \right)_{with\;n\;shields}} = \frac{1}{{n + 1}}{\left( {\frac{q}{A}} \right)_{without\;any\;shield}}\)

\({\left( {\frac{q}{A}} \right)_{with\;n\;shields}} = \frac{1}{{n + 1}}\;\frac{{\sigma \left( {T_1^4 - T_2^4} \right)}}{{\frac{2}{\epsilon} - 1}} = \frac{\epsilon}{{\left( {n + 1} \right)\left( {2 - \epsilon} \right)}}\sigma \left( {T_1^4 - T_2^4} \right)\)

उपरोक्त समीकरण से, समतुल्य उत्सर्जकता,

\({\epsilon_{eq}} = \frac{\epsilon}{{\left( {n + 1} \right)\left( {2 - \epsilon} \right)}}\)

स्पष्टीकरण:

एक कृष्णिका की उत्सर्जक शक्ति उसके तापमान पर ही निर्भर करती है जबकि ग्रे बॉडी के मामले में यह उत्सर्जकता के साथ-साथ तापमान पर भी निर्भर करती है।

उत्सर्जकता खुद निम्न पर निर्भर करती है

• सामग्री
• सतह की भौतिक प्रकृति
• दर्शन कोण
• तरंग दैर्ध्य
• ज्यामिति
• तापमान

इसलिए, हम कह सकते हैं कि किसी निकाय की उत्सर्जक शक्ति उपरोक्त सभी कारकों पर निर्भर करती है।

Important Points

शब्द "बॉडी" आम तौर पर "ग्रे बॉडी" को संदर्भित करता है, हम इसे "ब्लैक बॉडी" नहीं मान सकते जब तक कि इसे निर्दिष्ट न किया जाए।

\(E = \in \sigma {T^4}\)

\({E_b} = \sigma {T^4}\)

कुल उत्सर्जक शक्ति को ब्लैक बाॅडी प्रति इकाई समय द्वारा उत्सर्जित विकिरण की कुल मात्रा से परिभाषित किया जाता है।

उत्सर्जकता को  निकाय की कुल उत्सर्जक शक्ति औऱ ब्लैक बाॅडी की कुल उत्सर्जक शक्ति के अनुपात के रुप में परिभाषित किया जाता है।इसे ϵ द्वारा चिन्हित किया जाता है।

ϵ = E/Eb

स्पष्टीकरण: -

हम जानते हैं कि,

समानांतर प्लेटों के बीच विकिरण ऊष्मा विनिमय

\(Q = \frac{{\sigma \times \left( {\;T_1^4 - T_2^4\;} \right)}}{{\left( {\;\frac{1}{{{\varepsilon _1}}} + \frac{1}{{{\varepsilon _2}}} - 1\;} \right)}}\)

विकिरण ऊष्मा विनिमय जब प्लेटों के बीच विकिरण कवच डाला जाता है

\(Q = \frac{{\sigma \times \left( {\;T_1^4 - T_2^4\;} \right)}}{{\left( {\;\frac{1}{{{\varepsilon _1}}} + \frac{1}{{{\varepsilon _2}}} + \frac{2}{{{\varepsilon _3}}} - 2\;} \right)}}\)

गणना:-

दिया हुआ:-

\({\varepsilon _1} = \;{\varepsilon _2} = \varepsilon = 0.5\;\left( {{\rm{\;emissivity\;of\;plates\;}}} \right)\)

\({\varepsilon _3} = 0.25\left( {{\rm{\;emissivity\;of\;radiation\;shield\;}}} \right)\;\)

\({Q_1} = \frac{{\sigma ~ \times \left( {\;T_1^4 - T_2^4\;} \right)}}{{\left( {\;\frac{1}{{{\varepsilon _1}}} + \frac{1}{{{\varepsilon _2}}} - 1\;} \right)}}\)

\({Q_1} = \frac{{\sigma ~ \times \left( {\;T_1^4 - T_2^4\;} \right)}}{{\left( {\;\frac{1}{{0.5}} + \frac{1}{{0.5}} - 1\;} \right)}}\)

\({Q_1} = \frac{{\sigma \times \left( {\;T_1^4 - T_2^4\;} \right)}}{3}\)

अभी,

यदि प्लेटों के बीच विकिरण कवच डाला जाता है

\({Q_2} = \frac{{\sigma \times \left( {\;T_1^4 - T_2^4\;} \right)}}{{\left( {\;\frac{1}{{{\varepsilon _1}}} + \frac{1}{{{\varepsilon _2}}} + \frac{2}{{{\varepsilon _3}}} - 2\;} \right)}}\)

\({Q_2} = \;\frac{{\sigma \; \times \;\left( {\;T_1^4 - T_2^4\;} \right)}}{{\left( {\;\frac{1}{{0.5}} + \frac{1}{{0.5}} + \frac{2}{{0.25}} - 2\;} \right)}}\)

\({Q_2} = \frac{{\sigma \times \left( {\;T_1^4 - T_2^4\;} \right)}}{{10}}\)

∴ \(\frac{{{Q_2}}}{{{Q_1}}} = \frac{3}{{10}}\)

संकल्पना:

शीतलन की दर अभिव्यक्ति ϵσA यानी Q = ϵσ(πr2) द्वारा दी गई है

जहां ε उत्सर्जकता है, σ, स्टीफन-बोल्ट्जमान स्थिरांक है = 55.67 × 10-8 W/m2K4, A = क्षेत्र, T = पूर्ण तापमान

दो गोलाकार गेंदों के व्यासों का अनुपात \(\frac{d_1}{d_2}=\frac{2}{1}\)

हमें पहली गेंद के व्यास d1 = 2d और दूसरी गेंद का व्यास d2 = d मान लेते हैं

तो, छोटे की तुलना में बड़ी गेंद से शीतलन की दर का अनुपात

\(\frac{{{Q_1}}}{{{Q_2}}} = \frac{{{A_1}}}{{{A_2}}} = \frac{{π d_1^2}}{{π d_2^2}} = {\left( {\frac{{2d}}{d}} \right)^2} = \frac{4}{1}\)

इसलिए, अनुपात 4: 1 है