Beispiel für Wärmeübertragung durch Strahlung

3 Beispiele für Wärmeübertragung durch Strahlung

1. Erläutern Sie anhand von Beispielen die Bedeutung Wärmeübertragung durch Strahlung ?
Diskussion
Wärmestrahlung ist die Übertragung von Wärme in Form elektromagnetischer Wellen. Ein Beispiel hierfür ist die Wärmeübertragung von der Sonne zur Erde. Zwischen Erde und Sonne herrscht ein Vakuum oder nahezu ein Vakuum. Daher kann die von der Sonne mit ihrer höheren Temperatur zur Erde mit ihrer niedrigeren Temperatur übertragene Wärme nicht durch Materie dringen. Das von der Sonne zur Erde gelangende Licht ist eine elektromagnetische Welle, ebenso wie viele andere elektromagnetische Wellen. Daraus lässt sich schließen, dass Wärme von der Sonne zur Erde in Form elektromagnetischer Wellen übertragen wird.

2. Warum fühlt sich der Körper in schwarzer Kleidung an einem heißen Tag heiß und stickig an? Wenn ja, welche Farbe ist bei sehr heißer bzw. sehr kalter Luft angemessen?
Diskussion
Jede Farbe hat ein unterschiedliches Wärmeempfinden. Schwarz absorbiert fast die gesamte einfallende Wärme, während Weiß fast die gesamte einfallende Wärme reflektiert. Schwarze Kleidung kann an einem heißen Tag dazu führen, dass man sich heiß fühlt, da Schwarz fast die gesamte Wärme der Sonne oder der Luft absorbiert.
Objekte mit schwarzen Oberflächen haben einen Emissionsgrad nahe 1, weiße Objekte hingegen einen nahe 0. Der Emissionsgrad liegt zwischen 0 und 1. Je höher der Emissionsgrad eines Objekts ist (nahe 1), desto mehr Wärme gibt das Objekt ab oder absorbiert es. Umgekehrt gilt: Je niedriger der Emissionsgrad eines Objekts ist (nahe 0), desto weniger Wärme gibt das Objekt ab oder absorbiert es.

Bei sehr heißen Temperaturen sollte die Kleidung hell (z. B. weiß) sein, bei sehr kalten Temperaturen sollte sie dunkel (z. B. schwarz) sein.

3. Der Radius der Erde beträgt bekanntermaßen 149,6 x 10⁶ km und der Emissionsgrad der Erde beträgt 0,95. Schätzen Sie die Wärmeübertragungsrate durch Strahlung von der Sonne zur Erdoberfläche während des Tages, wenn die Sonne senkrecht steht!
Diskussion
Es ist bekannt, dass:
Erdradius (r) = 149,6 x 10⁶ km = 149,6 x 10⁹ Meter
Erdoberfläche (A) = π r² = (3,14)(49,6 x 10⁹ m)² = (3,14)(2460,16 x 10¹⁸ m²) = 7725 x 10¹⁸ m²
Emissionsgrad der Erde = 0,95
Gefragt: Solarstrahlungsrate (Q/t)
Antwort:
Formel zur Messung der Sonneneinstrahlung:
Q/t = (1000 W/m²) e A cos θ
Information :
Q/t = Sonneneinstrahlungsrate, 1000 W/m²² = Solarkonstante, e = Emissionsgrad, A = Oberfläche des Objekts, θ = Winkel zwischen den Sonnenstrahlen und der Normalen zur Erdoberfläche.

Wenn die Sonne im Zenit steht, trifft das Sonnenlicht senkrecht auf die Erdoberfläche. Der Einfallswinkel beträgt dabei 0°.^o mit einer Normalen, die senkrecht zur Erdoberfläche verläuft.

Q/t = (1000 W/m²) e A cos θ
Q/t = (1000 W/m²)(0,95)(7725 x 10¹⁸ m²)(cos 0^o)
Q/t = (1000 W/m²)(0,95)(7725 x 10¹⁸ m²) (1)
Q/t = (1000 W/m²)(0,95)(7725 x 10¹⁸ m²) (1)
Q/t = 7.338.750 x 10¹⁸
Q/t = 7,34 x 10²⁴ Joule/Sekunde