Jaký je to pocit, když máte na sobě černé oblečení v horkém dni nebo když přes den cvičíte? Porovnejte to s tím, když máte na sobě bílé oblečení? Pokud máte přes den černé oblečení, snadno se budete cítit horko. Proč? Vzdálenost mezi sluncem a Zemí ráno je téměř stejná jako vzdálenost mezi sluncem a Zemí v poledne a večer. Proč je tedy ráno a večer chladnější a odpoledne teplejší? Odpověď na tyto otázky souvisí s přenosem tepla zářením.
Přenos tepla zářením je přenos tepla ve formě elektromagnetických vln. Mezi příklady přenosu tepla zářením patří teplo, které vaše tělo cítí, když jste v blízkosti kamen, a přenos tepla ze Slunce na Zemi. Slunce má vyšší teplotu (kolem 6000 Kelvinů), zatímco Země má nižší teplotu. Tento teplotní rozdíl mezi Sluncem a Zemí způsobuje, že se teplo přesouvá ze Slunce (vyšší teplota) na Zemi (nižší teplota). Pokud by přenos tepla ze Slunce na Zemi vyžadoval prostředníka neboli médium, jako je tomu u přenosu tepla vedením a konvekcí, pak by se teplo na Zemi nedostalo; muselo by procházet vakuem (nebo téměř vakuem). Bez slunečního tepelného zdroje by život na Zemi neexistoval, protože život vyžaduje energii.
Dalším příkladem přenosu tepla sáláním je teplo, které cítíme, když jsme v blízkosti plamene. Teplo, které cítíme, není způsobeno přehřátím vzduchu plamenem. Jak již bylo vysvětleno, horký vzduch se rozpíná a snižuje svou hustotu. V důsledku toho se vzduch se sníženou hustotou pohybuje svisle nahoru, nikoli vodorovně směrem k nám. Naše těla cítí teplo nebo horko, když jsme v blízkosti plamene, protože teplo se přenáší sáláním z plamene (vyšší teplota) na naše těla (nižší teplota).
Přenos tepla sáláním se mírně liší od přenosu tepla vedením a konvekcí . K přenosu tepla vedením a konvekcí dochází, když se objekty s různými teplotami dostanou do kontaktu. Naopak k přenosu tepla sáláním může docházet bez kontaktu.
Vzorec pro přenos tepla zářením
Ukázalo se, že rychlost přenosu tepla zářením je úměrná povrchu objektu a čtvrté mocnině absolutní teploty objektu (Kelvinova stupnice). Objekty s větším povrchem mají větší rychlost přenosu tepla než objekty s menším povrchem. Podobně například objekt s teplotou 2000 Kelvinů má rychlost přenosu tepla 2/4 = 16krát větší než objekt s teplotou 1000 Kelvinů. Tento výsledek objevil Josef Stefan v roce 1879 a teoreticky jej odvodil Ludwig Boltzmann asi o 5 let později.
Popis: Q = teplo, t = čas, A = povrch tělesa (m²2), T = Absolutní teplota objektu (K), e = Emisivita (bezrozměrné číslo, jehož hodnota se pohybuje od 0 do 1), 5,67 x 10-8 W / m2.K4 (Univerzální konstanta. Také nazývaná Stefanova-Boltzmannova konstanta), Q/t = rychlost přenosu tepla zářením nebo rychlost vyzařování energie
Objekty s tmavým povrchem (černé) mají emisivitu blízkou 1, zatímco světlé objekty mají emisivitu blízkou 0. Čím větší je emisivita objektu (e blízko 1), tím větší je míra vyzařovaného tepla. Naopak, čím menší je emisivita objektu (e blízko 0), tím menší je míra vyzařovaného tepla. Můžeme říci, že tmavé objekty (černé) obvykle vyzařují více tepla než světlé objekty (bílé).
Velikost emisivity určuje nejen schopnost objektu vyzařovat teplo, ale také schopnost objektu absorbovat teplo vyzařované jinými objekty. Objekty s emisivitou blízkou 1 (tmavé objekty) absorbují téměř veškeré teplo, které na ně dopadne. Odráží se pouze malá část. Naopak objekty s emisivitou blízkou 0 (světlé objekty) absorbují jen malou část tepla, které na ně dopadne. Většinu tepla objekt odráží. Objekty, které absorbují veškeré teplo, které na ně dopadne, mají emisivitu = 1. Tento typ objektu se nazývá „černé těleso“. Termín černé těleso nepopisuje objekt, který je černý, ale popisuje schopnost objektu absorbovat veškeré teplo, které na něj dopadne.
