1. Definisie van hitte-oordrag deur straling
Hoe voel dit as jy swart klere dra op 'n warm dag, of wanneer jy gedurende die dag oefen? Vergelyk dit met wanneer jy wit klere dra? As jy gedurende die dag swart klere dra, dan voel jy warm. Hoekom is dit so? Die afstand tussen die son en die aarde in die oggend is amper dieselfde as die afstand tussen die son en die aarde gedurende die dag en aand. Hoekom is die oggende en aande dan koeler, warmer gedurende die dag? Die antwoorde op hierdie vrae hou verband met hitte-oordrag deur straling.
Hitte-oordrag deur straling is hitte-oordrag in die vorm van elektromagnetiese golwe. Voorbeelde van hitte-oordrag deur straling is die warmte van jou liggaam wanneer jy naby 'n oond is en hitte-oordrag van die son na die aarde. Die son het 'n hoër temperatuur (ongeveer 6000 Kelvin), terwyl die aarde 'n laer temperatuur het. Die temperatuurverskil tussen die son en die aarde veroorsaak dat hitte van die son (hoër temperatuur) na die aarde (laer temperatuur) beweeg. As hitte-oordrag van die son na die aarde 'n tussenganger of medium benodig, soos hitte-oordrag deur geleiding en konveksie, kan hitte nie by die aarde aankom nie; hitte moet deur 'n vakuum (of amper leeg) beweeg. As daar geen hitte van die son is nie, sal lewe op aarde nooit bestaan nie, want lewe benodig energie van die son.
Nog 'n voorbeeld van hitte-oordrag deur straling is die hitte wat gevoel word wanneer ons naby 'n vlam is. Die hitte wat ons voel, word nie veroorsaak deur oorverhitte lug as gevolg van 'n vlam nie. Soos voorheen verduidelik, sal warm lug uitsit sodat die digtheid afneem. Gevolglik beweeg die lug met verminderde digtheid vertikaal opwaarts, nie horisontaal na ons toe nie. Ons liggaam voel warm of warm wanneer dit naby die vlam is, want hitte beweeg deur middel van straling van die vlam (hoër temperatuur) na ons liggaam (laer temperatuur).
Hitte-oordrag deur straling is effens anders in vergelyking met hitte-oordrag deur geleiding en konveksie. Hitte-oordrag deur geleiding en konveksie vind plaas wanneer voorwerpe wat temperatuurverskille het, aan mekaar raak. Aan die ander kant kan hitte-oordrag deur straling sonder aanraking plaasvind.
2. Die vergelyking van die hitte-oordrag deur straling
Die tempo van hitte-oordrag deur straling is eweredig aan die oppervlakte van die voorwerp en die absolute temperatuur (Kelvin-skaal) van die voorwerp. Voorwerpe met 'n groter oppervlakte het 'n hoër hitte-oordragtempo as voorwerpe met 'n kleiner oppervlakte.
Net so het voorwerpe met 'n temperatuur van 2000 Kelvin byvoorbeeld 'n hitte-oordragtempo van 2 4 = 16 keer groter as voorwerpe met 'n temperatuur van 1000 Kelvin. Hierdie resultaat is in 1879 deur Josef Stefan ontdek en is teoreties ongeveer vyf jaar later deur Ludwig Boltzmann afgelei.
Q = hitte, t = tyd, A = oppervlakte van voorwerp (m² ) , T = die absolute temperatuur van voorwerp (K) e = emissiwiteit (dimensielose getal waarvan die grootte wissel van 0 tot 1), σ = 5.67 x 10⁻⁶ W /m².K⁴ ( Universele konstante . Ook verwys na as die Stefan-Boltzmann-konstante), Q/t = die tempo van hitte - oordrag deur straling
Voorwerpe met donker oppervlaktes (swart) het 'n emissiwiteit naby 1, terwyl voorwerpe met 'n ligte kleur 'n emissiwiteit naby 0 het. Hoe groter die emissiwiteit van 'n voorwerp (e benader 1), hoe groter is die hittetempo wat deur die voorwerp uitgestraal word. Omgekeerd, hoe kleiner die emissiwiteit van 'n voorwerp (e benader 0), hoe kleiner is die hittetempo wat uitgestraal word. Ons kan sê dat donkerkleurige voorwerpe (swart) gewoonlik meer hitte uitstraal as ligkleurige voorwerpe (wit).
Die hoeveelheid emissiwiteit bepaal nie net die vermoë van 'n voorwerp om hitte uit te straal nie, maar ook die vermoë van 'n voorwerp om hitte wat deur ander voorwerpe uitgestraal word, te absorbeer. Voorwerpe met 'n emissiwiteit naby 1 (donkerkleurige voorwerpe) absorbeer byna al die hitte wat daarop uitgestraal word. Slegs 'n klein gedeelte word weerkaats. Omgekeerd absorbeer voorwerpe met 'n emissiwiteit naby 0 (ligkleurige voorwerpe) 'n bietjie hitte wat daarop uitgestraal word. Die meeste van die hitte word deur die voorwerp weerkaats. 'n Voorwerp wat al die hitte wat daarop uitgestraal word, absorbeer, het 'n emissiwiteit = 1. Hierdie tipe voorwerp staan bekend as die "swart voorwerp". Die term "swart voorwerp" verduidelik nie dat voorwerpe swart is nie, maar verduidelik die vermoë van voorwerpe om al die hitte wat daarop uitgestraal word, te absorbeer.
3. Die tempo van hitte wat deur die son uitgestraal word
Gebaseer op berekeninge (volgens die werklikheid), is gevind dat daar 'n hitte van 1350 Joule per sekonde per vierkante meter was wat van die son na die aarde beweeg het. Op 'n helder dag (geen wolke nie) is daar 'n hitte van 1000 Joule per sekonde per vierkante meter wat die aarde se oppervlak bereik. Op 'n sonnige dag (baie wolke) word ongeveer 70% van die hitte deur die aarde se atmosfeer geabsorbeer, slegs 30% van die hitte bereik die aarde se oppervlak. Die grootte van die hitte wat in die aarde se atmosfeer verdwyn, hang af van baie of min wolke. Die hoeveelheid hitte van 1350 Joule per sekonde per vierkante meter staan bekend as die sonkonstante . Omdat Joule per sekonde (J/s) = Watt is, kan ons die sonkonstante herskryf na 1350 Watt per vierkante meter = 1350 W/m².
Wanneer die hitte wat deur die son uitgestraal word, die aarde se oppervlak bereik, word die hitte deur die aarde en voorwerpe op die aarde se oppervlak geabsorbeer. Die hitte-absorpsietempo hang af van die emissiwiteit (e) van die voorwerp, die oppervlakte van die voorwerp en die hoek wat deur sonlig gevorm word met 'n lyn loodreg op die oppervlak van die voorwerp.
Inligting:
Q/t = hitte-absorpsietempo, 1000 W/m²2 = sonkonstante, e = emissiwiteit van die voorwerp, A = oppervlakte van die voorwerp, θ = hoek gevorm deur sonlig met lyne loodreg op die oppervlak van die voorwerp,
A cos θ = effektiewe area (komponentoppervlakte van voorwerpe loodreg op sonlig)
Gedurende die dag val die sonstrale parallel met of saam met 'n lyn loodreg op die aarde se oppervlak (gevormde hoek = 0).
Die onderste gevormde = 0 o , daarom is die hitte-absorpsietempo:
Die hitte-absorpsietempo (Q/t) is maksimum as die hoek wat deur sonlig gevorm word met 'n lyn loodreg op die aarde se oppervlak = 0 ° (cos 0 = 1) is. Gewoonlik gebeur dit gedurende die dag, waar die son loodreg op die aarde se oppervlak is. Daar is dus geen rede om verbaas te wees as daglig warmer is as oggend of aand nie. In die oggend en aand is die hoek wat geskep word naby 90 °.
As die gevormde hoek 80 ° is , dan is die hitte-absorpsietempo:
Die hitte-absorpsietempo (Q/t) in die oggend en aand is minimaal omdat cos θ naby aan nul is. Hoe kleiner cos θ, hoe kleiner die hitte-absorpsietempo.
By sonsondergang aan die westelike horison of op die punt om op te kom aan die oostelike horison, is die hoek wat geskep word = 90 °.
Omdat die gevormde hoek 90 ° is , is die hitte-absorpsietempo:
Hitte-absorpsietempo (Q/t) by sonsondergang of op die punt om te styg = 0.
