1. Diffiniad o drosglwyddo gwres trwy ymbelydredd
Sut mae'n teimlo os ydych chi'n gwisgo dillad du ar ddiwrnod poeth, neu pryd ydych chi'n ymarfer corff yn ystod y dydd? Cymharwch â phan fyddwch chi'n gwisgo dillad gwyn? Os ydych chi'n gwisgo dillad du yn ystod y dydd, yna rydych chi'n teimlo'n boeth. Pam felly? Mae'r pellter rhwng yr haul a'r ddaear yn y bore bron yr un fath â'r pellter rhwng yr haul a'r ddaear yn ystod y dydd a'r nos. Felly pam mae'r boreau a'r nosweithiau'n oerach, yn boethach yn ystod y dydd? Mae'r atebion i'r cwestiynau hyn yn gysylltiedig â throsglwyddo gwres trwy ymbelydredd.
Trosglwyddo gwres drwy ymbelydredd yw trosglwyddo gwres ar ffurf tonnau electromagnetig. Enghreifftiau o drosglwyddo gwres drwy ymbelydredd yw cynhesrwydd eich corff pan fyddwch chi'n agos at ffwrnais a throsglwyddo gwres o'r haul i'r ddaear. Mae gan yr haul dymheredd uwch (tua 6000 Kelvin), tra bod gan y ddaear dymheredd is. Mae'r gwahaniaeth tymheredd rhwng yr haul a'r ddaear yn achosi i wres symud o'r haul (tymheredd uwch) i'r ddaear (tymheredd is). Os oes angen cyfryngwr neu gyfrwng ar drosglwyddo gwres o'r haul i'r ddaear, fel trosglwyddo gwres drwy ddargludiad a chyflif, ni all gwres gyrraedd y ddaear; rhaid i wres basio trwy wactod (neu bron yn wag). Os nad oes gwres o'r haul, ni fydd bywyd ar y ddaear byth yn bodoli oherwydd bod bywyd angen egni o'r haul.
Enghraifft arall o drosglwyddo gwres trwy ymbelydredd yw'r gwres a deimlir pan fyddwn yn agos at fflam. Nid aer gorboethi oherwydd fflam sy'n achosi'r gwres a deimlwn. Fel yr eglurwyd yn flaenorol, bydd aer poeth yn ehangu fel bod y dwysedd yn lleihau. O ganlyniad, mae'r aer â dwysedd is yn symud yn fertigol i fyny, nid yn symud yn llorweddol tuag atom. Mae ein corff yn teimlo'n gynnes neu'n boeth pan fydd yn agos at y fflam oherwydd bod gwres yn symud trwy ymbelydredd o'r fflam (tymheredd uwch) i'n corff (tymheredd is).
Mae trosglwyddo gwres drwy ymbelydredd ychydig yn wahanol o'i gymharu â throsglwyddo gwres drwy ddargludiad a chyflif. Mae trosglwyddo gwres drwy ddargludiad a chyflif yn digwydd pan fydd gwrthrychau sydd â gwahaniaethau tymheredd yn cyffwrdd â'i gilydd. Ar y llaw arall, gall trosglwyddo gwres drwy ymbelydredd ddigwydd heb gyffwrdd.
2. Hafaliad y trosglwyddiad gwres trwy ymbelydredd
Mae cyfradd trosglwyddo gwres trwy ymbelydredd yn gymesur ag arwynebedd y gwrthrych a thymheredd absoliwt (Graddfa Kelvin) y gwrthrych. Mae gan wrthrychau sydd ag arwynebedd mwy gyfradd trosglwyddo gwres uwch na gwrthrychau sydd ag arwynebedd llai.
Yn yr un modd, mae gan wrthrychau â thymheredd o 2000 Kelvin, er enghraifft, gyfradd trosglwyddo gwres o 2 4 = 16 gwaith yn fwy na gwrthrychau â thymheredd o 1000 Kelvin. Darganfuwyd y canlyniad hwn gan Josef Stefan ym 1879 ac fe'i deilliodd yn ddamcaniaethol gan Ludwig Boltzmann tua phum mlynedd yn ddiweddarach.
Q = gwres, t = amser, A = arwynebedd y gwrthrych (m² ) , T = tymheredd absoliwt y gwrthrych (K) e = allyrredd (rhif di-ddimensiwn y mae ei faint yn amrywio o 0 i 1), σ = 5.67 x 10-8 W / m².K4 ( Cysonyn cyffredinol. Cyfeirir ato hefyd fel y cysonyn Stefan-Boltzmann), Q/t = cyfradd trosglwyddo gwres trwy ymbelydredd
Mae gan wrthrychau ag arwynebau tywyll (du) allyrredd sy'n agos at 1, tra bod gan wrthrychau â lliw golau allyrredd sy'n agos at 0. Po fwyaf yw allyrredd gwrthrych (e yn agosáu at 1), y mwyaf yw'r gyfradd gwres a allyrrir gan y gwrthrych. I'r gwrthwyneb, po leiaf yw allyrredd gwrthrych (e yn agosáu at 0), y lleiaf yw'r gyfradd gwres a allyrrir. Gallwn ddweud bod gwrthrychau lliw tywyll (du) fel arfer yn allyrru mwy o wres na gwrthrychau lliw golau (gwyn).
Mae faint o allyrredd nid yn unig yn pennu gallu gwrthrych i allyrru gwres, ond hefyd gallu gwrthrych i amsugno gwres a allyrrir gan wrthrychau eraill. Mae gwrthrychau sydd ag allyrredd yn agos at 1 (gwrthrychau lliw tywyll) yn amsugno bron yr holl wres a allyrrir arnynt. Dim ond cyfran fach sy'n cael ei hadlewyrchu. I'r gwrthwyneb, mae gwrthrychau sydd ag allyrredd yn agos at 0 (gwrthrychau lliw golau) yn amsugno ychydig o wres a allyrrir arnynt. Mae'r rhan fwyaf o'r gwres yn cael ei adlewyrchu gan y gwrthrych. Mae gan wrthrych sy'n amsugno'r holl wres a allyrrir arno allyrredd = 1. Gelwir y math hwn o wrthrych yn "wrthrych du." Nid yw'r term gwrthrych du yn egluro bod gwrthrychau'n ddu, ond mae'n egluro gallu gwrthrychau i amsugno'r holl wres a allyrrir arnynt.
3. Cyfradd y gwres a allyrrir gan yr haul
Yn seiliedig ar gyfrifiadau (yn ôl realiti), canfuwyd bod gwres o 1350 Joule yr eiliad fesul metr sgwâr yn symud o'r haul i'r ddaear. Ar ddiwrnod llachar (dim cymylau), mae gwres o 1000 Joule yr eiliad fesul metr sgwâr yn cyrraedd wyneb y ddaear. Ar ddiwrnod heulog (llawer o gymylau), mae tua 70% o'r gwres yn cael ei amsugno gan atmosffer y ddaear, dim ond 30% o'r gwres sy'n cyrraedd wyneb y ddaear. Mae maint y gwres sy'n diflannu yn atmosffer y ddaear yn dibynnu ar lawer neu ychydig o gymylau. Gelwir y swm gwres o 1350 Joule yr eiliad fesul metr sgwâr yn gysonyn yr haul . Gan fod Joule yr eiliad (J/s) = Watts, yna gallwn ailysgrifennu'r cysonyn yr haul i 1350 Watts fesul metr sgwâr = 1350 W/m².
Pan fydd y gwres a allyrrir gan yr haul yn cyrraedd wyneb y ddaear, mae'r gwres yn cael ei amsugno gan y ddaear a gwrthrychau ar wyneb y ddaear. Mae'r gyfradd amsugno gwres yn dibynnu ar allyrredd (e) y gwrthrych, arwynebedd y gwrthrych a'r ongl a ffurfir gan olau'r haul â llinell sy'n berpendicwlar i wyneb y gwrthrych.
Gwybodaeth:
Q/t = cyfradd amsugno gwres, 1000 W/m2 = cysonyn solar, e = allyrredd y gwrthrych, A = arwynebedd y gwrthrych, θ = ongl a ffurfir gan olau'r haul gyda llinellau'n berpendicwlar i wyneb y gwrthrych,
A cos θ = arwynebedd effeithiol (arwynebedd cydran gwrthrychau sy'n berpendicwlar i olau'r haul)
Yn ystod y dydd, mae pelydrau'r haul yn gyfochrog neu'n cyd-daro â llinell sy'n berpendicwlar i wyneb y ddaear (ongl ffurfiedig = 0).
Yr isaf a ffurfiwyd = 0 o , felly, y gyfradd amsugno gwres yw:
Mae'r gyfradd amsugno gwres (Q/t) ar ei huchaf os yw'r ongl a ffurfir gan olau'r haul gyda llinell sy'n berpendicwlar i wyneb y ddaear = 0 ° (cos 0 = 1). Fel arfer, mae hyn yn digwydd yn ystod y dydd, lle mae'r haul yn berpendicwlar i wyneb y ddaear. Felly, nid oes angen synnu os yw golau dydd yn boethach na'r bore neu'r nos. Yn y bore a'r nos, mae'r ongl a grëir yn agos at 90 °.
Os yw'r ongl a ffurfiwyd yn 80 ° , yna'r gyfradd amsugno gwres yw:
Mae'r gyfradd amsugno gwres (Q/t) yn y bore a'r nos yn isafswm oherwydd bod cos θ yn agos at sero. Po leiaf yw'r cos θ, y lleiaf yw'r gyfradd amsugno gwres.
Ar fachlud haul ar y gorwel gorllewinol neu ar fin codi ar y gorwel dwyreiniol, yr ongl a grëwyd = 90 °.
Gan fod yr ongl a ffurfiwyd yn 90 ° , y gyfradd amsugno gwres yw:
Cyfradd amsugno gwres (Q/t) wrth fachlud haul neu ar fin codi = 0.
