1. Difino de varmotransigo per radiado
Kiel sentas vin, se vi portas nigrajn vestaĵojn en varmega tago, aŭ kiam vi ekzercas dumtage? Komparu kun kiam vi portas blankajn vestaĵojn? Se vi portas nigrajn vestaĵojn dumtage, tiam vi sentas vin varma. Kial tio okazas? La distanco inter la suno kaj la tero matene estas preskaŭ la sama kiel la distanco inter la suno kaj la tero dumtage kaj vespere. Tiam kial la matenoj kaj vesperoj estas pli malvarmetaj, pli varmaj dumtage? La respondoj al ĉi tiuj demandoj rilatas al varmotransigo per radiado.
Varmotransdono per radiado estas varmotransdono en la formo de elektromagnetaj ondoj. Ekzemploj de varmotransdono per radiado estas la varmo de via korpo kiam vi estas proksime al forno kaj varmotransdono de la suno al la tero. La suno havas pli altan temperaturon (ĉirkaŭ 6000 Kelvinoj), dum la tero havas pli malaltan temperaturon. La temperaturdiferenco inter la suno kaj la tero kaŭzas, ke varmo moviĝu de la suno (pli alta temperaturo) al la tero (pli malalta temperaturo). Se varmotransdono de la suno al la tero postulas peranton aŭ medion, kiel varmotransdono per kondukto kaj konvekcio, varmo ne povas alveni al la tero; varmo devas trairi vakuon (aŭ preskaŭ malplenon). Se ne estas varmo de la suno, vivo sur la tero neniam ekzistos, ĉar vivo postulas energion de la suno.
Alia ekzemplo de varmotransdono per radiado estas la varmo sentita kiam ni estas proksime al flamo. La varmo, kiun ni sentas, ne estas kaŭzita de trovarmiĝinta aero pro flamo. Kiel antaŭe klarigite, varma aero disetendiĝos tiel ke la denseco malpliiĝas. Rezulte, la aero kun reduktita denseco moviĝas vertikale supren, ne horizontale direkte al ni. Nia korpo sentas sin varma aŭ varmega kiam ĝi estas proksime al la flamo ĉar varmo moviĝas per radiado de la flamo (pli alta temperaturo) al nia korpo (pli malalta temperaturo).
Varmotransigo per radiado estas iomete malsama kompare kun varmotransigo per kondukto kaj konvekcio. Varmotransigo per kondukto kaj konvekcio okazas kiam objektoj kun temperaturdiferencoj tuŝas unu la alian. Aliflanke, varmotransigo per radiado povas okazi sen tuŝo.
2. La ekvacio de la varmotransigo per radiado
La varmotransiga rapideco per radiado estas proporcia al la areo de la objekto kaj la absoluta temperaturo (Kelvina skalo) de la objekto. Objektoj kun pli granda surfaco havas pli altan varmotransigan rapidecon ol objektoj kun pli malgranda surfaco.
Simile, objektoj kun temperaturo de 2000 Kelvinoj, ekzemple, havas varmotransigan rapidecon de 2/4 = 16 fojojn pli grandan ol objektoj kun temperaturo de 1000 Kelvinoj. Ĉi tiun rezulton malkovris Josef Stefan en 1879 kaj teorie derivis Ludwig Boltzmann ĉirkaŭ kvin jarojn poste.
Q = varmo, t = tempo, A = surfaco de objekto (m² ) , T = la absoluta temperaturo de objekto (K) e = emisiemo (sendimensia nombro kies grandeco varias de 0 ĝis 1), σ = 5.67 x 10⁻⁸ W /m².K⁴ ( Universala konstanto . Ankaŭ nomata la konstanto de Stefan-Boltzmann), Q/t = la rapido de varmotransdono per radiado
Objektoj kun malhelaj surfacoj (nigraj) havas emisivecon proksiman al 1, dum objektoj kun hela koloro havas emisivecon proksiman al 0. Ju pli granda estas la emisiveco de objekto (e proksimiĝas al 1), des pli granda estas la varmorapideco elsendata de la objekto. Male, ju pli malgranda estas la emisiveco de objekto (e proksimiĝas al 0), des pli malgranda estas la varmorapideco elsendata. Ni povas diri, ke malhelkoloraj objektoj (nigraj) kutime elsendas pli da varmo ol helkoloraj objektoj (blankaj).
La kvanto de emisiemo ne nur determinas la kapablon de objekto elsendi varmon, sed ankaŭ la kapablon de objekto absorbi varmon elsenditan de aliaj objektoj. Objektoj, kiuj havas emisiemon proksiman al 1 (malhelkoloraj objektoj), absorbas preskaŭ la tutan varmon elsenditan sur ilin. Nur malgranda parto estas reflektita. Male, objektoj, kiuj havas emisiemon proksiman al 0 (helkoloraj objektoj), absorbas iom da varmo elsendita sur ilin. Plejparto de la varmo estas reflektita de la objekto. Objekto, kiu absorbas la tutan varmon elsenditan sur ĝi, havas emisiemon = 1. Ĉi tiu tipo de objekto estas konata kiel la "nigra objekto". La termino nigra objekto ne klarigas, ke objektoj estas nigraj, sed klarigas la kapablon de objektoj absorbi la tutan varmon elsenditan sur ilin.
3. La rapideco de varmo elsendita de la suno
Surbaze de kalkuloj (laŭ la realo), oni trovis, ke ekzistis varmo de 1350 Ĵuloj po sekundo por kvadrata metro, kiu moviĝis de la suno al la tero. En hela tago (sen nuboj), estas varmo de 1000 Ĵuloj po sekundo por kvadrata metro, kiu alvenas al la surfaco de la tero. En suna tago (kun multaj nuboj), ĉirkaŭ 70% de la varmo estas absorbita de la tera atmosfero, nur 30% de la varmo alvenas al la tersurfaco. La grandeco de varmo, kiu malaperas en la tera atmosfero, dependas de la multaj aŭ malmultaj nuboj. La varmokvanto de 1350 Ĵuloj po sekundo por kvadrata metro estas konata kiel la suna konstanto . Ĉar Ĵuloj po sekundo (J/s) = Vatoj, tiam ni povas reskribi la sunan konstanton al 1350 Vatoj po kvadrata metro = 1350 W/m².
Kiam la varmo elsendita de la suno alvenas al la surfaco de la tero, la varmo estas sorbita de la tero kaj objektoj sur la tersurfaco. La varmo-absorba indico dependas de la emisiveco (e) de la objekto, la surfacareo de la objekto kaj la angulo formita de sunlumo kun linio perpendikulara al la surfaco de la objekto.
informoj:
Q/t = varmosorba indico, 1000 W/m²2 = suna konstanto, e = emisiemo de la objekto, A = surfacareo de la objekto, θ = angulo formita de sunlumo kun linioj perpendikularaj al la surfaco de la objekto,
A cos θ = efika areo (komponanta surfacareo de objektoj perpendikularaj al sunlumo)
Dumtage, la sunradioj paralelas aŭ koincidas kun linio perpendikulara al la tersurfaco (formita angulo = 0).
La pli malalta formita = 0 o , tial la varmoabsorba indico estas:
La varmosorba indico (Q/t) estas maksimuma se la angulo formita de sunlumo kun linio perpendikulara al la tersurfaco = 0 ° (cos 0 = 1). Kutime, tio okazas dumtage, kiam la suno estas perpendikulara al la tersurfaco. Do, ne necesas surpriziĝi se la taglumo estas pli varma ol matene aŭ vespere. Matene kaj vespere, la kreita angulo estas proksima al 90 °.
Se la formita angulo estas 80 ° , tiam la varmoabsorba indico estas:
La varmoabsorba indico (Q/t) matene kaj vespere estas minimuma ĉar cos θ estas proksima al nulo. Ju pli malgranda cos θ, des pli malgranda la varmoabsorba indico.
Ĉe sunsubiro ĉe la okcidenta horizonto aŭ tuj leviĝonta ĉe la orienta horizonto, la kreita angulo = 90 °.
Ĉar la formita angulo estas 90 ° , la varmoabsorba indico estas:
Varmosorba indico (Q/t) ĉe sunsubiro aŭ baldaŭ leviĝonta = 0.
