1. Radiasiya ilə istilik ötürülməsinin tərifi
İsti gündə qara paltar geyinmək və ya gün ərzində nə vaxt idman etmək necə hiss olunur? Ağ paltar geyindiyinizlə müqayisə edin? Gündüz qara paltar geyinsəniz, özünüzü isti hiss edirsiniz. Niyə belədir? Səhər günəşlə yer arasındakı məsafə, gündüz və axşam günəşlə yer arasındakı məsafə ilə demək olar ki, eynidir. Bəs niyə səhərlər və axşamlar gün ərzində daha sərin, daha isti olur? Bu sualların cavabları radiasiya ilə istilik ötürülməsi ilə bağlıdır.
Radiasiya yolu ilə istilik ötürülməsi elektromaqnit dalğaları şəklində istilik ötürülməsidir. Radiasiya yolu ilə istilik ötürülməsinə misal olaraq sobanın yaxınlığında olduğunuz zaman bədəninizin istiliyini və günəşdən yerə istilik ötürülməsini göstərmək olar. Günəşin temperaturu daha yüksəkdir (təxminən 6000 Kelvin), Yerin temperaturu isə daha aşağıdır. Günəşlə Yer arasındakı temperatur fərqi istiliyin günəşdən yerə (daha yüksək temperatur) keçməsinə səbəb olur (daha aşağı temperatur). Günəşdən Yerə istilik ötürülməsi üçün istilik keçiriciliyi və konveksiya yolu ilə ötürülməsi kimi bir vasitəçi və ya mühit tələb olunursa, istilik Yerə çata bilməz; istilik vakuumdan (və ya demək olar ki, boş) keçməlidir. Günəşdən istilik yoxdursa, Yer üzündə həyat heç vaxt mövcud olmayacaq, çünki həyat günəşdən enerji tələb edir.
Radiasiya yolu ilə istilik ötürülməsinin başqa bir nümunəsi alovun yaxınlığında hiss etdiyimiz istilikdir. Hiss etdiyimiz istilik alov səbəbindən həddindən artıq qızmış havadan qaynaqlanmır. Əvvəllər izah edildiyi kimi, isti hava genişlənəcək və sıxlıq azalacaq. Nəticədə, sıxlığı azalmış hava bizə doğru üfüqi hərəkət etmədən şaquli olaraq yuxarı doğru hərəkət edir. Bədənimiz alovun yaxınlığında isti və ya isti hiss edir, çünki istilik alovdan (yüksək temperatur) bədənimizə (aşağı temperatur) şüalanma yolu ilə keçir.
Radiasiya yolu ilə istilik ötürülməsi keçiricilik və konveksiya yolu ilə istilik ötürülməsindən bir qədər fərqlidir. Keçiricilik və konveksiya yolu ilə istilik ötürülməsi temperatur fərqi olan cisimlər bir-birinə toxunduqda baş verir. Digər tərəfdən, radiasiya yolu ilə istilik ötürülməsi toxunmadan da baş verə bilər.
2. Şüalanma ilə istilik ötürülməsinin tənliyi
Radiasiya ilə istilik ötürmə sürəti cismin sahəsi və mütləq temperaturu (Kelvin şkalası) ilə mütənasibdir. Daha böyük səth sahəsi olan cisimlər, daha kiçik səth sahəsi olan cisimlərə nisbətən daha yüksək istilik ötürmə sürətinə malikdirlər.
Eynilə, məsələn, 2000 Kelvin temperaturlu cisimlərin istilik ötürmə sürəti 2 4 = 16 dəfə çoxdur, temperaturu 1000 Kelvin olan cisimlərdən. Bu nəticə 1879-cu ildə Josef Stefan tərəfindən kəşf edilmiş və nəzəri olaraq təxminən beş il sonra Lüdviq Boltzmann tərəfindən əldə edilmişdir.
Q = istilik, t = zaman, A = cismin səth sahəsi (m² ) , T = cismin mütləq temperaturu (K²) e = emissiya (ölçüsü 0-dan 1-ə qədər dəyişən ölçüsüz ədəd), σ = 5.67 x 10 -8 Vt/m² . K² (Universal sabit. Stefan-Boltsman sabiti də adlanır), Q/t = şüalanma ilə istilik ötürmə sürəti
Tünd səthli (qara) cisimlərin emissiya qabiliyyəti 1-ə yaxın, açıq rəngli cisimlərin isə emissiya qabiliyyəti 0-a yaxındır. Cismin emissiya qabiliyyəti nə qədər yüksəkdirsə (e 1-ə yaxınlaşırsa), cismin yaydığı istilik sürəti bir o qədər yüksəkdir. Əksinə, cismin emissiya qabiliyyəti nə qədər kiçikdirsə (e 0-a yaxınlaşırsa), yaydığı istilik sürəti bir o qədər aşağıdır. Deyə bilərik ki, tünd rəngli cisimlər (qara) adətən açıq rəngli cisimlərdən (ağ) daha çox istilik yayır.
Emissiya miqdarı təkcə bir cismin istilik yayma qabiliyyətini deyil, həm də digər cisimlərin yaydığı istiliyi udma qabiliyyətini müəyyən edir. Emissiyası 1-ə yaxın olan cisimlər (tünd rəngli cisimlər), özlərinə yayılan demək olar ki, bütün istiliyi udurlar. Yalnız kiçik bir hissəsi əks olunur. Əksinə, emissiyası 0-a yaxın olan cisimlər (açıq rəngli cisimlər), özlərinə yayılan az miqdarda istiliyi udurlar. İstiliyin çox hissəsi cisim tərəfindən əks olunur. Üzərinə yayılan bütün istiliyi udan cismin emissiyası = 1-dir. Bu tip cisim "qara cisim" kimi tanınır. "Qara cisim" termini cisimlərin qara olduğunu izah etmir, əksinə, cisimlərin özlərinə yayılan bütün istiliyi udma qabiliyyətini izah edir.
3. Günəşin yaydığı istilik sürəti
Hesablamalara əsasən (reallığa görə), Günəşdən Yerə keçən hər kvadrat metrə saniyədə 1350 Coul istilik olduğu məlum oldu. Parlaq bir gündə (bulud olmadığı zaman) Yer səthinə hər kvadrat metrə saniyədə 1000 Coul istilik gəlir. Günəşli bir gündə (çoxlu bulud olduqda) istiliyin təxminən 70%-i Yer atmosferi tərəfindən udulur, istiliyin yalnız 30%-i Yer səthinə gəlir. Yer atmosferində yoxa çıxan istiliyin miqdarı çoxlu və ya az buluddan asılıdır. Hər kvadrat metrə saniyədə 1350 Coul istilik miqdarı günəş sabiti kimi tanınır. Saniyədə Coul (C/s) = Vatt olduğundan, günəş sabitini hər kvadrat metrə 1350 Vatt = 1350 Vt/m2 olaraq yenidən yaza bilərik .
Günəşin yaydığı istilik yer səthinə çatdıqda, istilik yer və yer səthindəki cisimlər tərəfindən udulur. İstilik udma sürəti cismin emissiya qabiliyyətindən (e), cismin səth sahəsindən və günəş işığının cismin səthinə perpendikulyar bir xətt ilə yaratdığı bucaqdan asılıdır.
Məlumat:
Q/t = istilik udma sürəti, 1000 Vt/m2 = günəş sabiti, e = obyektin emissiya qabiliyyəti, A = obyektin səth sahəsi, θ = obyektin səthinə dik xətlərlə günəş işığının yaratdığı bucaq,
A cos θ = effektiv sahə (günəş işığına dik olan obyektlərin komponent səth sahəsi)
Gündüzlər günəş şüaları yer səthinə perpendikulyar olan bir xəttə paralel və ya üst-üstə düşür (əmələ gələn bucaq = 0).
Aşağı əmələ gələn = 0 o , buna görə də istilik udma sürəti belədir:
İstilik udma sürəti (Q/t) günəş işığının Yer səthinə perpendikulyar bir xətt ilə yaratdığı bucaq = 0 o (cos 0 = 1) olduqda maksimumdur. Adətən bu, günəşin Yer səthinə perpendikulyar olduğu gündüz vaxtı baş verir. Beləliklə, gündüz işığının səhər və ya axşamdan daha isti olmasına təəccüblənməyə ehtiyac yoxdur. Səhər və axşam yaranan bucaq 90 o -ya yaxındır.
Əgər əmələ gələn bucaq 80 o- dursa , istilik udma sürəti belədir:
Səhər və axşam istilik udma sürəti (Q/t) minimumdur, çünki cos θ sıfıra yaxındır. Cos θ nə qədər kiçikdirsə, istilik udma sürəti də bir o qədər aşağı olur.
Qərb üfüqündə gün batanda və ya şərq üfüqündə yüksəlmək üzrə olduqda, yaranan bucaq = 90 ° təşkil edir.
Yaranan bucaq 90 o olduğundan , istilik udma sürəti:
Günəş batanda və ya yüksəlmək üzrə olanda istilik udma sürəti (Q/t) = 0.
