গরমের দিনে বা দিনের বেলায় ব্যায়াম করার সময় কালো পোশাক পরলে কেমন লাগে? সাদা পোশাক পরার সাথে এর তুলনা করুন। দিনের বেলায় কালো পোশাক পরলে আপনার সহজেই গরম লাগবে। এর কারণ কী? সকালে সূর্য ও পৃথিবীর মধ্যকার দূরত্ব, দুপুর ও সন্ধ্যায় সূর্য ও পৃথিবীর মধ্যকার দূরত্ব প্রায় একই থাকে। তাহলে সকাল ও সন্ধ্যা কেন শীতল এবং দুপুর কেন বেশি গরম থাকে? এই প্রশ্নগুলোর উত্তর বিকিরণের মাধ্যমে তাপ স্থানান্তরের সাথে সম্পর্কিত ।
বিকিরণ তাপ স্থানান্তর হলো তড়িৎচুম্বকীয় তরঙ্গের মাধ্যমে তাপের স্থানান্তর । বিকিরণ তাপ স্থানান্তরের উদাহরণ হলো চুলার কাছে থাকলে আপনার শরীরে অনুভূত উষ্ণতা এবং সূর্য থেকে পৃথিবীতে তাপের স্থানান্তর। সূর্যের তাপমাত্রা বেশি (প্রায় ৬০০০ কেলভিন), অন্যদিকে পৃথিবীর তাপমাত্রা কম। সূর্য ও পৃথিবীর মধ্যে এই তাপমাত্রার পার্থক্যের কারণে তাপ সূর্য (বেশি তাপমাত্রা) থেকে পৃথিবীতে (কম তাপমাত্রা) স্থানান্তরিত হয়। যদি সূর্য থেকে পৃথিবীতে তাপ স্থানান্তরের জন্য কোনো মধ্যস্থতাকারী বা মাধ্যমের প্রয়োজন হতো, যেমনটা পরিবহন ও পরিচলন প্রক্রিয়ায় তাপ স্থানান্তরের ক্ষেত্রে হয়, তাহলে তাপ পৃথিবীতে পৌঁছাতো না; একে একটি শূন্যস্থানের (বা প্রায় শূন্যস্থানের) মধ্য দিয়ে যেতে হতো। সূর্যের তাপ সরবরাহ ছাড়া পৃথিবীতে প্রাণের অস্তিত্ব থাকতো না, কারণ প্রাণের জন্য শক্তির প্রয়োজন।
বিকিরণের মাধ্যমে তাপ স্থানান্তরের আরেকটি উদাহরণ হলো আগুনের শিখার কাছে গেলে আমরা যে তাপ অনুভব করি। আমরা যে তাপ অনুভব করি, তা শিখার কারণে বাতাস অতিরিক্ত গরম হয়ে যাওয়ার ফলে হয় না। পূর্বে যেমন ব্যাখ্যা করা হয়েছে, গরম বাতাস প্রসারিত হয়, ফলে এর ঘনত্ব কমে যায়। এর ফলে, কম ঘনত্বের বাতাস অনুভূমিকভাবে আমাদের দিকে না এসে, উল্লম্বভাবে উপরের দিকে চলে যায়। আগুনের শিখার কাছে গেলে আমাদের শরীর উষ্ণ বা গরম অনুভূত হয়, কারণ বিকিরণের মাধ্যমে শিখা (উচ্চ তাপমাত্রা) থেকে আমাদের শরীরে (নিম্ন তাপমাত্রা) তাপ স্থানান্তরিত হয়।
বিকিরণের মাধ্যমে তাপ স্থানান্তর, পরিবহন এবং পরিচলনের মাধ্যমে তাপ স্থানান্তর থেকে কিছুটা ভিন্ন । পরিবহন এবং পরিচলনের মাধ্যমে তাপ স্থানান্তর ঘটে যখন ভিন্ন তাপমাত্রার বস্তু একে অপরের সংস্পর্শে আসে। অপরপক্ষে, বিকিরণের মাধ্যমে তাপ স্থানান্তর সংস্পর্শ ছাড়াই ঘটতে পারে।
বিকিরণের মাধ্যমে তাপ স্থানান্তরের সূত্র
বিকিরণের মাধ্যমে তাপ স্থানান্তরের হার বস্তুর পৃষ্ঠতলের ক্ষেত্রফল এবং বস্তুটির পরম তাপমাত্রার (কেলভিন স্কেল) চতুর্থ ঘাতের সমানুপাতিক। কম পৃষ্ঠতলের ক্ষেত্রফলযুক্ত বস্তুর তুলনায় বেশি পৃষ্ঠতলের ক্ষেত্রফলযুক্ত বস্তুর তাপ স্থানান্তরের হার বেশি। একইভাবে, উদাহরণস্বরূপ, ২০০০ কেলভিন তাপমাত্রার একটি বস্তুর তাপ স্থানান্তরের হার ১০০০ কেলভিন তাপমাত্রার একটি বস্তুর তুলনায় ২⁴ = ১৬ গুণ বেশি। এই ফলাফলটি ১৮৭৯ সালে জোসেফ স্টেফান আবিষ্কার করেন এবং প্রায় ৫ বছর পরে লুডভিগ বোল্টজম্যান এটি তাত্ত্বিকভাবে প্রতিপাদন করেন।
বিবরণ: Q = তাপ, t = সময়, A = বস্তুর পৃষ্ঠতলের ক্ষেত্রফল (m²)2), T = বস্তুটির পরম তাপমাত্রা (কেলভিন), e = বিকিরণ ক্ষমতা (একটি মাত্রাহীন সংখ্যা যার মান ০ থেকে ১ পর্যন্ত), ৫.৬৭ x ১০-8 ওয়াট / মি2.K4 (সার্বজনীন ধ্রুবক। একে স্টেফান-বোল্টজম্যান ধ্রুবকও বলা হয়), Q/t = বিকিরণের মাধ্যমে তাপ স্থানান্তরের হার অথবা শক্তি বিকিরণের হার
গাঢ় পৃষ্ঠযুক্ত (কালো) বস্তুর বিকিরণ ক্ষমতা ১-এর কাছাকাছি হয়, অন্যদিকে হালকা রঙের বস্তুর বিকিরণ ক্ষমতা ০-এর কাছাকাছি হয়। কোনো বস্তুর বিকিরণ ক্ষমতা যত বেশি হয় (e ১-এর কাছাকাছি), বস্তুটি থেকে নির্গত তাপের হারও তত বেশি হয়। বিপরীতভাবে, কোনো বস্তুর বিকিরণ ক্ষমতা যত কম হয় (e ০-এর কাছাকাছি), নির্গত তাপের হারও তত কম হয়। আমরা বলতে পারি যে, গাঢ় রঙের বস্তু (কালো) সাধারণত হালকা রঙের বস্তুর (সাদা) চেয়ে বেশি তাপ নির্গত করে।
বিকিরণ ক্ষমতার মান কেবল কোনো বস্তুর তাপ নির্গমনের ক্ষমতাই নির্ধারণ করে না, বরং অন্য বস্তু দ্বারা নির্গত তাপ শোষণ করার ক্ষমতাও নির্ধারণ করে। যেসব বস্তুর বিকিরণ ক্ষমতা ১-এর কাছাকাছি (অন্ধকার বস্তু), তারা তাদের উপর নির্গত প্রায় সমস্ত তাপ শোষণ করে নেয়। এর কেবল একটি ক্ষুদ্র অংশ প্রতিফলিত হয়। বিপরীতভাবে, যেসব বস্তুর বিকিরণ ক্ষমতা ০-এর কাছাকাছি (হালকা বস্তু), তারা তাদের উপর নির্গত তাপের খুব সামান্যই শোষণ করে। বেশিরভাগ তাপ বস্তুটি দ্বারা প্রতিফলিত হয়। যে বস্তুগুলো তাদের উপর নির্গত সমস্ত তাপ শোষণ করে, তাদের বিকিরণ ক্ষমতা = ১। এই ধরনের বস্তুকে "কৃষ্ণবস্তু" বলা হয়। কৃষ্ণবস্তু শব্দটি কোনো কালো বস্তুকে বোঝায় না, বরং এটি কোনো বস্তুর উপর নির্গত সমস্ত তাপ শোষণ করার ক্ষমতাকে বোঝায়।
