Какво е усещането, когато носите черни дрехи в горещ ден или когато тренирате през деня? Сравнете го с това, когато носите бели дрехи? Ако носите черни дрехи през деня, лесно ще ви е горещо. Защо е така? Разстоянието между слънцето и земята сутрин е почти същото като разстоянието между слънцето и земята по обяд и вечер. И така, защо сутрин и вечер са по-хладни, а следобед по-горещи? Отговорът на тези въпроси е свързан с топлопреноса чрез радиация.
Радиационният топлопренос е пренос на топлина под формата на електромагнитни вълни. Примери за радиационен топлопренос включват топлината, която тялото ви усеща, когато сте близо до печка, и преноса на топлина от слънцето към земята. Слънцето има по-висока температура (около 6000 Келвина), докато земята има по-ниска температура. Тази температурна разлика между слънцето и земята кара топлината да се премества от слънцето (по-висока температура) към земята (по-ниска температура). Ако преносът на топлина от слънцето към земята изискваше посредник или среда, както е при преноса на топлина чрез проводимост и конвекция, тогава топлината нямаше да достигне земята; тя щеше да трябва да премине през вакуум (или почти вакуум). Без топлоснабдяването на слънцето животът на земята не би съществувал, тъй като животът изисква енергия.
Друг пример за пренос на топлина чрез радиация е топлината, която усещаме, когато сме близо до пламък. Топлината, която усещаме, не се причинява от прегряване на въздуха от пламъка. Както беше обяснено по-рано, горещият въздух се разширява, намалявайки плътността си. В резултат на това въздухът с намалена плътност се движи вертикално нагоре, а не хоризонтално към нас. Телата ни се усещат топли или горещи, когато сме близо до пламък, защото топлината се пренася чрез радиация от пламъка (по-висока температура) към телата ни (по-ниска температура).
Преносът на топлина чрез излъчване е малко по-различен от преноса на топлина чрез проводимост и конвекция . Преносът на топлина чрез проводимост и конвекция се случва, когато обекти с различни температури влязат в контакт. Обратно, преносът на топлина чрез излъчване може да се осъществи без контакт.
Формула за топлопренос с радиация
Установено е, че скоростта на топлопреминаване чрез излъчване е пропорционална на повърхността на обекта и на четвъртата степен от абсолютната температура на обекта (скала на Келвин). Обектите с по-голяма повърхност имат по-голяма скорост на топлопреминаване от обектите с по-малка повърхност. По подобен начин, обект с температура 2000 Келвина, например, има скорост на топлопреминаване 2/4 = 16 пъти по-голяма от обект с температура 1000 Келвина. Този резултат е открит от Йозеф Стефан през 1879 г. и е изведен теоретично от Лудвиг Болцман около 5 години по-късно.
Описание: Q = Топлина, t = време, A = Площ на повърхността на обекта (m2), T = Абсолютна температура на обекта (K), e = Излъчвателна способност (безразмерно число, чиято стойност варира от 0 до 1), 5,67 x 10-8 W / m2.K4 (Универсална константа. Наричана още константа на Стефан-Болцман), Q/t = скорост на топлопреминаване чрез радиация или скорост на излъчване на енергия
Обектите с тъмни повърхности (черни) имат емисионна способност близка до 1, докато светлите обекти имат емисионна способност близка до 0. Колкото по-голяма е емисионната способност на даден обект (e близо до 1), толкова по-голяма е скоростта на излъчване на топлина. Обратно, колкото по-малка е емисионната способност на даден обект (e близо до 0), толкова по-малка е скоростта на излъчване на топлина. Можем да кажем, че тъмните обекти (черни) обикновено излъчват повече топлина от светлите обекти (бели).
Величината на излъчвателната способност определя не само способността на даден обект да излъчва топлина, но и способността му да абсорбира топлина, излъчвана от други обекти. Обекти с излъчвателна способност близка до 1 (тъмни обекти) абсорбират почти цялата топлина, излъчвана към тях. Само малка част се отразява. Обратно, обекти с излъчвателна способност близка до 0 (светли обекти) абсорбират малка част от топлината, излъчвана към тях. По-голямата част от топлината се отразява от обекта. Обектите, които абсорбират цялата топлина, излъчвана към тях, имат излъчвателна способност = 1. Този тип обекти са известни като „черно тяло“. Терминът „черно тяло“ не описва обект, който е черен, а описва способността на обекта да абсорбира цялата топлина, излъчвана към него.
