Какво е чувството, 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 сутринта и вечерта са по-хладни, а следобедът е по-горещ? Отговорът на тези въпроси е свързан с... пренос на топлина чрез радиация.
Преносът на топлина чрез радиация е топлопренос под формата на електромагнитни вълни. Примери за пренос на топлина чрез радиация са топлината на тялото ви, когато сте близо до печка, и преносът на топлина от слънцето към земята. Слънцето има суху по-висока (около 6000 Келвина), докато земята има по-ниска температура. Разликата в температурата между слънцето и земята причинява топлина движещи се от слънцето (по-висока температура) към земята (по-ниска температура). Ако преносът на топлина от слънцето към земята изискваше посредник или среда, както преносът на топлина чрез проводимост и конвекция, тогава топлината не би могла да достигне земята; тя би трябвало да премине през вакуум (или почти вакуум). Ако нямаше топлинен принос от слънцето, тогава животът на земята никога нямаше да съществува, защото 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 в сравнение с пренос на топлина чрез проводимост дан пренос на топлина чрез конвекцияПреносът на топлина чрез проводимост и конвекция се случва, когато обекти с различни температури влязат в контакт един с друг. Обратно, преносът на топлина чрез излъчване може да се случи без контакт.
Формула за топлопренос с радиация
Установено е, че скоростта на топлопреминаване чрез радиация е пропорционална на повърхността на обекта и четвъртата степен на абсолютната му температура (по скалата на Келвин). Обектите с по-големи повърхности имат по-висока скорост на топлопреминаване от обектите с по-малки повърхности. По подобен начин, обект с температура 2000 Келвина, например, има скорост на топлопреминаване 2.4 = 16 пъти по-голямо от това на обект при 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.
