Com et sents si portes roba negra en un dia calorós o quan fas exercici durant el dia? Compara-ho amb quan portes roba blanca? Si portes roba negra durant el dia, sentiràs calor fàcilment. Per què? La distància entre el sol i la terra al matí és gairebé la mateixa que la distància entre el sol i la terra al migdia i al vespre. Aleshores, per què el matí i el vespre són més frescos i la tarda més calorosa? La resposta a aquestes preguntes està relacionada amb la transferència de calor per radiació.
La transferència de calor per radiació és la transferència de calor en forma d'ones electromagnètiques. Exemples de transferència de calor per radiació inclouen la calor que sent el cos quan ets a prop d'una estufa i la transferència de calor del sol a la terra. El sol té una temperatura més alta (al voltant de 6000 Kelvin), mentre que la terra té una temperatura més baixa. Aquesta diferència de temperatura entre el sol i la terra fa que la calor es mogui del sol (temperatura més alta) a la terra (temperatura més baixa). Si la transferència de calor del sol a la terra requerís un intermediari o medi, com ho fa la transferència de calor per conducció i convecció, la calor no arribaria a la terra; hauria de passar a través del buit (o gairebé). Sense el subministrament de calor del sol, la vida a la Terra no existiria, ja que la vida requereix energia.
Un altre exemple de transferència de calor per radiació és la calor que sentim quan estem a prop d'una flama. La calor que sentim no és causada pel sobreescalfament de l'aire per la flama. Com s'ha explicat anteriorment, l'aire calent s'expandeix, reduint la seva densitat. Com a resultat, l'aire amb densitat reduïda es mou verticalment cap amunt, no horitzontalment cap a nosaltres. Els nostres cossos es senten calents o calents quan estem a prop d'una flama perquè la calor es transfereix per radiació des de la flama (temperatura més alta) als nostres cossos (temperatura més baixa).
La transferència de calor per radiació és lleugerament diferent de la transferència de calor per conducció i convecció . La transferència de calor per conducció i convecció es produeix quan objectes a diferents temperatures entren en contacte. Per contra, la transferència de calor per radiació pot ocórrer sense contacte.
La fórmula de la transferència de calor per radiació
Es constata que la taxa de transferència de calor per radiació és proporcional a la superfície de l'objecte i a la quarta potència de la temperatura absoluta de l'objecte (escala Kelvin). Els objectes amb una superfície més gran tenen una taxa de transferència de calor més gran que els objectes amb una superfície més petita. De la mateixa manera, un objecte a 2000 Kelvin, per exemple, té una taxa de transferència de calor de 2/4 = 16 vegades més gran que un objecte a 1000 Kelvin. Aquest resultat va ser descobert per Josef Stefan el 1879 i derivat teòricament per Ludwig Boltzmann uns 5 anys més tard.
Descripció: Q = Calor, t = temps, A = Superfície de l'objecte (m²)2), T = Temperatura absoluta de l'objecte (K), e = Emissivitat (un nombre adimensional el valor del qual oscil·la entre 0 i 1), 5,67 x 10-8 W / m2.K4 (Constant universal. També anomenada constant de Stefan-Boltzmann), Q/t = taxa de transferència de calor per radiació o taxa de radiació d'energia
Els objectes amb superfícies fosques (negres) tenen una emissivitat propera a 1, mentre que els objectes de color clar tenen una emissivitat propera a 0. Com més gran sigui l'emissivitat d'un objecte (e propera a 1), més gran serà la taxa de calor emesa per l'objecte. Per contra, com més petita sigui l'emissivitat d'un objecte (e propera a 0), més petita serà la taxa de calor emesa. Podem dir que els objectes de color fosc (negre) solen emetre més calor que els objectes de color clar (blanc).
La magnitud de l'emissivitat no només determina la capacitat d'un objecte per emetre calor, sinó també la capacitat d'un objecte per absorbir la calor emesa per altres objectes. Els objectes amb una emissivitat propera a 1 (objectes foscos) absorbeixen gairebé tota la calor que se'ls emet. Només una petita part es reflecteix. Per contra, els objectes amb una emissivitat propera a 0 (objectes clars) absorbeixen poca de la calor que se'ls emet. La major part de la calor és reflectida per l'objecte. Els objectes que absorbeixen tota la calor que se'ls emet tenen una emissivitat = 1. Aquest tipus d'objecte es coneix com a "cos negre". El terme cos negre no descriu un objecte negre, sinó que descriu la capacitat d'un objecte per absorbir tota la calor que se'ls emet.
