Як вы сябе адчуваеце, калі носіце чорнае адзенне ў спякотны дзень або падчас заняткаў спортам? Параўнайце гэта з тым, калі вы носіце белае адзенне? Калі вы носіце чорнае адзенне ўдзень, вам лёгка стане горача. Чаму? Адлегласць паміж сонцам і зямлёй раніцай амаль такая ж, як адлегласць паміж сонцам і зямлёй апоўдні і ўвечары. Дык чаму раніцай і ўвечары халадней, а днём гарачэй? Адказ на гэтыя пытанні звязаны з... перадача цяпла выпраменьваннем.
Перадача цяпла выпраменьваннем — гэта цеплаперадача у выглядзе электрамагнітных хваль. Прыкладамі перадачы цяпла выпраменьваннем з'яўляюцца цяпло вашага цела, калі вы знаходзіцеся каля пліты, і перадача цяпла ад сонца да зямлі. Сонца мае суху вышэй (каля 6000 Кельвінаў), у той час як тэмпература Зямлі ніжэйшая. Розніца тэмператур паміж Сонцам і Зямлёй выклікае спёка рухаючыся ад сонца (вышэйшая тэмпература) да зямлі (ніжэйшая тэмпература). Калі б для перадачы цяпла ад сонца да зямлі патрабаваўся пасярэднік або асяроддзе, як гэта адбываецца пры перадачы цяпла шляхам цеплаправоднасці і канвекцыі, то цяпло не магло б дасягнуць зямлі; яно павінна было б прайсці праз вакуум (ці амаль вакуум). Калі б не было цяпла ад сонца, то жыццё на зямлі ніколі б не існавала, таму што жыццё патрабуе энергіі.
Іншы прыклад перадачы цяпла выпраменьваннем — гэта цяпло, якое мы адчуваем, калі знаходзімся побач з полымем. Цяпло, якое мы адчуваем, не выклікана перагрэвам паветра полымем. Як тлумачылася раней, гарачае паветра пашыраецца, памяншаючы сваю шчыльнасць. У выніку паветра са зніжанай шчыльнасцю рухаецца вертыкальна ўверх, а не гарызантальна да нас. Нашы целы адчуваюць цяпло або гарачае, калі мы знаходзімся побач з полымем, таму што цяпло перадаецца выпраменьваннем ад полымя (больш высокая тэмпература) да нашых целаў (больш нізкая тэмпература).
Цеплаперадача выпраменьваннем крыху адрозніваецца ў параўнанні з перадача цяпла цеплаправоднасцю Дэн перадача цяпла канвекцыяйЦеплаперадача шляхам цеплаправоднасці і канвекцыі адбываецца, калі аб'екты з рознай тэмпературай датыкаюцца адзін з адным. І наадварот, цеплаперадача выпраменьваннем можа адбывацца без кантакту.
Формула для цеплаперадачы выпраменьваннем
Хуткасць цеплаперадачы выпраменьваннем аказваецца прапарцыйнай плошчы паверхні аб'екта і чацвёртай ступені яго абсалютнай тэмпературы (па шкале Кельвіна). Аб'екты з большай плошчай паверхні маюць большую хуткасць цеплаперадачы, чым аб'екты з меншай плошчай паверхні. Аналагічна, аб'ект з тэмпературай 2000 Кельвінаў, напрыклад, мае хуткасць цеплаперадачы 2.4 = у 16 разоў больш, чым у аб'екта з тэмпературай 1000 Кельвінаў. Гэты вынік быў адкрыты Ёзэфам Стэфанам у 1879 годзе і выведзены тэарэтычна Людвігам Больцманам прыкладна праз 5 гадоў.
Апісанне: Q = цяпло, t = час, A = плошча паверхні аб'екта (м2), T = абсалютная тэмпература аб'екта (K), e = каэфіцыент выпраменьвання (бязмерны лік, значэнне якога змяняецца ад 0 да 1), 5,67 x 10-8 Вт / м2.K4 (Універсальная пастаянная. Таксама называецца пастаяннай Стэфана-Больцмана), Q/t = хуткасць перадачы цяпла выпраменьваннем або хуткасць выпраменьвання энергіі
Аб'екты з цёмнымі паверхнямі (чорныя) маюць эмісійную здольнасць, блізкую да 1, у той час як аб'екты светлага колеру маюць эмісійную здольнасць, блізкую да 0. Чым большая эмісійная здольнасць аб'екта (e блізка да 1), тым большая хуткасць выпраменьвання цяпла. І наадварот, чым меншая эмісійная здольнасць аб'екта (e блізка да 0), тым меншая хуткасць выпраменьвання цяпла. Можна сказаць, што аб'екты цёмнага колеру (чорныя) звычайна выпраменьваюць больш цяпла, чым аб'екты светлага колеру (белыя).
Велічыня эмісійнай здольнасці вызначае не толькі здольнасць аб'екта выпраменьваць цяпло, але і здольнасць аб'екта паглынаць цяпло, якое выпраменьваецца іншымі аб'ектамі. Аб'екты з эмісійнай здольнасцю, блізкай да 1 (цёмныя аб'екты), паглынаюць амаль усё цяпло, якое ім выпраменьваецца. Адлюстроўваецца толькі невялікая частка. І наадварот, аб'екты з эмісійнай здольнасцю, блізкай да 0 (светлыя аб'екты), паглынаюць мала цяпла, якое ім выпраменьваецца. Большая частка цяпла адлюстроўваецца аб'ектам. Аб'екты, якія паглынаюць усё цяпло, якое ім выпраменьваецца, маюць эмісійную здольнасць, роўную 1. Гэты тып аб'екта называецца «чорным целам». Тэрмін «чорнае цела» не апісвае чорны аб'ект, а апісвае здольнасць аб'екта паглынаць усё цяпло, якое ім выпраменьваецца.
