1. Erradiazio bidezko bero-transferentziaren definizioa
Nola sentitzen zara arropa beltzak janzten badituzu egun bero batean, edo egunean zehar ariketa egiten ari zarenean? Konparatu arropa zuriak janzten dituzunean? Egunean zehar arropa beltzak janzten badituzu, bero sentitzen duzu. Zergatik da hori? Goizean eguzkiaren eta lurraren arteko distantzia ia berdina da eguzkiaren eta lurraren arteko distantzia egunean eta arratsaldean. Orduan, zergatik dira goizak eta arratsaldeak freskoagoak, eta beroagoak egunean zehar? Galdera hauen erantzunak erradiazioaren bidezko bero-transferentziarekin lotuta daude.
Erradiazio bidezko bero-transferentzia uhin elektromagnetikoen bidezko bero-transferentzia da. Erradiazio bidezko bero-transferentziaren adibideak dira zure gorputzaren beroa labe baten ondoan zaudenean eta eguzkitik Lurrerako bero-transferentzia. Eguzkiak tenperatura altuagoa du (6000 Kelvin inguru), eta Lurrak, berriz, tenperatura baxuagoa. Eguzkiaren eta Lurraren arteko tenperatura-aldeak beroa eguzkitik (tenperatura altuagoa) Lurrera (tenperatura baxuagoa) mugitzea eragiten du. Eguzkitik Lurrerako bero-transferentziak bitartekari edo euskarri bat behar badu, kondukzio eta konbekzio bidezko bero-transferentzia bezala, beroa ezin da Lurrera iritsi; beroa hutsune batetik (edo ia hutsune batetik) igaro behar da. Eguzkitik berorik ez badago, Lurrean bizitza ez da inoiz existituko, bizitzak eguzkiaren energia behar duelako.
Erradiazio bidezko bero-transferentziaren beste adibide bat sugar baten ondoan gaudenean sentitzen dugun beroa da. Sentitzen dugun beroa ez da sugar baten ondorioz gehiegi berotutako aireak eragiten. Aurretik azaldu bezala, aire beroa hedatu egingo da, eta dentsitatea gutxitu egingo da. Ondorioz, dentsitate murriztua duen airea bertikalki gorantz mugitzen da, ez horizontalki guregana. Gure gorputza bero edo epel sentitzen da sugarraren ondoan dagoenean, beroa erradiazio bidez mugitzen baita sugarretik (tenperatura altuagoa) gure gorputzera (tenperatura baxuagoa).
Erradiazio bidezko bero-transferentzia kondukzio eta konbekzio bidezko bero-transferentziarekin alderatuta apur bat desberdina da. Kondukzio eta konbekzio bidezko bero-transferentzia tenperatura-aldeak dituzten objektuek elkar ukitzen dutenean gertatzen da. Bestalde, erradiazio bidezko bero-transferentzia ukitu gabe gerta daiteke.
2. Erradiazio bidezko bero-transferentziaren ekuazioa
Erradiazio bidezko bero-transferentziaren tasa objektuaren azaleraren eta objektuaren tenperatura absolutuaren (Kelvin eskala) proportzionala da. Azalera handiagoa duten objektuek bero-transferentzia tasa handiagoa dute azalera txikiagoa duten objektuek baino.
Era berean, 2000 Kelvin-eko tenperatura duten objektuek, adibidez, 1000 Kelvin-eko tenperatura duten objektuek baino 2 4 = 16 aldiz handiagoa den bero-transferentzia-tasa dute. Emaitza hau Josef Stefanek aurkitu zuen 1879an eta Ludwig Boltzmannek teorian lortu zuen bost urte geroago.
Q = beroa, t = denbora, A = objektuaren azalera (m² ) , T = objektuaren tenperatura absolutua (K) e = emisibitatea (0tik 1era bitarteko tamaina duen zenbaki dimentsiogabea), σ = 5.67 x 10⁻⁸ W /m²⁻K⁴ ( Konstante unibertsala . Stefan-Boltzmann konstantea bezala ere ezagutzen da), Q/t = erradiazioaren bidezko bero-transferentziaren abiadura
Gainazal ilunak dituzten objektuek (beltzak) 1etik hurbil dagoen emisibitatea dute, eta kolore argiko objektuek, berriz, 0tik hurbil dagoena. Objektu baten emisibitatea zenbat eta handiagoa izan (e 1era hurbiltzen da), orduan eta handiagoa da objektuak igortzen duen bero-tasa. Alderantziz, objektu baten emisibitatea zenbat eta txikiagoa izan (e 0ra hurbiltzen da), orduan eta txikiagoa da igortzen duen bero-tasa. Esan dezakegu kolore iluneko objektuek (beltzak) normalean bero gehiago igortzen dutela kolore argiko objektuek (zuriak) baino.
Emisibitatearen kantitateak ez du objektu batek beroa igortzeko duen gaitasuna bakarrik zehazten, baita beste objektu batzuek igortzen duten beroa xurgatzeko duen gaitasuna ere. 1etik hurbil dagoen emisibitatea duten objektuek (kolore iluneko objektuak) igortzen duten bero ia guztia xurgatzen dute. Zati txiki bat bakarrik islatzen da. Alderantziz, 0tik hurbil dagoen emisibitatea duten objektuek (kolore argiko objektuak) igortzen duten bero pixka bat xurgatzen dute. Bero gehiena objektuak islatzen du. Igortzen duen bero guztia xurgatzen duen objektu batek emisibitatea = 1 du. Objektu mota hau "objektu beltza" bezala ezagutzen da. Objektu beltz terminoak ez du azaltzen objektuak beltzak direnik, baizik eta objektuek igortzen duten bero guztia xurgatzeko duten gaitasuna.
3. Eguzkiak igortzen duen bero-tasa
Kalkuluetan oinarrituta (errealitatearen arabera), metro karratuko 1350 Joule segundoko beroa zegoela ikusi zen eguzkitik Lurrera. Egun argitsu batean (hodeirik gabe), metro karratuko 1000 Joule segundoko beroa iristen da Lurraren gainazalera. Egun eguzkitsu batean (hodei askorekin), beroaren % 70 inguru xurgatzen du Lurraren atmosferak, beroaren % 30 bakarrik iristen da Lurraren gainazalera. Lurraren atmosferan desagertzen den beroaren magnitudea hodei askoren edo gutxien araberakoa da. Metro karratuko 1350 Joule segundoko bero-kantitateari eguzki-konstantea deitzen zaio. Joule segundoko (J/s) = Watts direnez, eguzki-konstantea 1350 Watt metro karratuko = 1350 W/m 2 berridatz dezakegu.
Eguzkiak igortzen duen beroa Lurraren gainazalera iristen denean, lurrak eta Lurraren gainazalean dauden objektuek xurgatzen dute beroa. Beroaren xurgapen-tasa objektuaren emisibitatearen (e), objektuaren azaleraren eta eguzki-argiak objektuaren gainazalarekiko perpendikularra den lerro batekin osatzen duen angeluaren araberakoa da.
informazioa:
Q/t = bero-xurgapenaren tasa, 1000 W/m²2 = eguzki-konstantea, e = objektuaren emisibitatea, A = objektuaren azalera, θ = eguzki-argiak objektuaren gainazalarekiko perpendikularrak diren lerroekin osatutako angelua,
A cos θ = azalera eraginkorra (eguzki-argiarekiko perpendikularrak diren objektuen gainazalaren osagaia)
Egunez, eguzki izpiak lurraren gainazalarekiko perpendikularra den lerro batekin paraleloan edo bat datoz (eratutako angelua = 0).
Beheko eraketa = 0 o da , beraz, beroaren xurgapen-tasa hau da:
Beroaren xurgapen-tasa (Q/t) maximoa da eguzki-argiak lurraren gainazalarekiko perpendikularra den lerro batekin osatzen duen angelua = 0 o bada (cos 0 = 1). Normalean, hau egunean zehar gertatzen da, eguzkia lurraren gainazalarekiko perpendikularra den lekuan. Beraz, ez dago harritzeko arrazoirik eguneko argia goiza edo arratsaldea baino beroagoa bada. Goizean eta arratsaldean, sortutako angelua 90 o -tik gertu dago.
Sortutako angelua 80 ° bada , beroaren xurgapen-tasa hau da:
Goizean eta arratsaldean beroaren xurgapen-tasa (Q/t) minimoa da cos θ zerotik gertu dagoelako. Zenbat eta txikiagoa izan cos θ, orduan eta txikiagoa da beroaren xurgapen-tasa.
Mendebaldeko horizontean ilunabarrean edo ekialdeko horizontean irtetear dagoenean, sortutako angelua = 90 ° da.
Sortutako angelua 90 °-koa denez , beroaren xurgapen-tasa hau da:
Beroaren xurgapen-tasa (Q/t) ilunabarrean edo igotzear dagoenean = 0.
