اگر در یک روز گرم یا وقتی در طول روز ورزش میکنید، لباس مشکی بپوشید، چه احساسی خواهید داشت؟ آن را با زمانی که لباس سفید میپوشید مقایسه کنید؟ اگر در طول روز لباس مشکی بپوشید، به راحتی احساس گرما خواهید کرد. چرا اینطور است؟ فاصله بین خورشید و زمین در صبح تقریباً برابر با فاصله بین خورشید و زمین در ظهر و عصر است. پس چرا صبح و عصر خنکتر و بعد از ظهر گرمتر است؟ پاسخ این سؤالات مربوط به انتقال گرما از طریق تابش است.
انتقال حرارت تابشی، انتقال حرارت به شکل امواج الکترومغناطیسی است. نمونههایی از انتقال حرارت تابشی شامل گرمایی است که بدن شما هنگام نزدیک بودن به اجاق گاز احساس میکند و انتقال حرارت از خورشید به زمین. خورشید دمای بالاتری دارد (حدود ۶۰۰۰ کلوین)، در حالی که زمین دمای پایینتری دارد. این اختلاف دما بین خورشید و زمین باعث میشود گرما از خورشید (دمای بالاتر) به زمین (دمای پایینتر) منتقل شود. اگر انتقال حرارت از خورشید به زمین مانند انتقال حرارت از طریق رسانش و همرفت به یک واسطه یا واسطه نیاز داشت، آنگاه گرما به زمین نمیرسید. باید از خلأ (یا تقریباً خلأ) عبور میکرد. بدون منبع گرمای خورشید، حیات روی زمین وجود نمیداشت، زیرا حیات به انرژی نیاز دارد.
مثال دیگری از انتقال گرما از طریق تابش، گرمایی است که وقتی نزدیک شعله هستیم احساس میکنیم. گرمایی که احساس میکنیم ناشی از گرم شدن بیش از حد هوا توسط شعله نیست. همانطور که قبلاً توضیح داده شد، هوای گرم منبسط میشود و چگالی آن کاهش مییابد. در نتیجه، هوایی که چگالی کمتری دارد، به صورت عمودی به سمت بالا حرکت میکند، نه به صورت افقی به سمت ما. بدن ما وقتی نزدیک شعله هستیم احساس گرما یا داغی میکند زیرا گرما از طریق تابش از شعله (دمای بالاتر) به بدن ما (دمای پایینتر) منتقل میشود.
انتقال حرارت از طریق تابش کمی با انتقال حرارت از طریق رسانش و همرفت متفاوت است . انتقال حرارت از طریق رسانش و همرفت زمانی رخ میدهد که اجسام با دماهای مختلف در تماس با هم قرار گیرند. برعکس، انتقال حرارت از طریق تابش میتواند بدون تماس نیز رخ دهد.
فرمول انتقال حرارت تابشی
نرخ انتقال حرارت از طریق تابش متناسب با مساحت سطح جسم و توان چهارم دمای مطلق جسم (مقیاس کلوین) است. اجسامی که مساحت سطح بزرگتری دارند، نرخ انتقال حرارت بیشتری نسبت به اجسامی که مساحت سطح کوچکتری دارند، دارند. به همین ترتیب، به عنوان مثال، یک جسم در دمای 2000 کلوین، نرخ انتقال حرارت 2 4 = 16 برابر بیشتر از یک جسم در دمای 1000 کلوین دارد. این نتیجه توسط جوزف استفان در سال 1879 کشف شد و حدود 5 سال بعد توسط لودویگ بولتزمن به صورت نظری به دست آمد.
شرح: Q = گرما، t = زمان، A = مساحت سطح جسم (متر مربع)2)، T = دمای مطلق جسم (K)، e = ضریب گسیلندگی (عددی بدون بعد که مقدار آن از 0 تا 1 متغیر است)، 5,67 x 10-8 W / متر2.K4 (ثابت جهانی. همچنین ثابت استفان-بولتزمن نامیده میشود)، Q/t = نرخ انتقال حرارت از طریق تابش یا نرخ تابش انرژی
اجسام با سطوح تیره (سیاه) ضریب گسیلندگی نزدیک به ۱ دارند، در حالی که اجسام با رنگ روشن ضریب گسیلندگی نزدیک به ۰ دارند. هرچه ضریب گسیلندگی یک جسم بیشتر باشد (e نزدیک به ۱)، میزان گرمای گسیل شده توسط آن جسم بیشتر است. برعکس، هرچه ضریب گسیلندگی یک جسم کمتر باشد (e نزدیک به ۰)، میزان گرمای گسیل شده کمتر است. میتوان گفت که اجسام با رنگ تیره (سیاه) معمولاً گرمای بیشتری نسبت به اجسام با رنگ روشن (سفید) گسیل میکنند.
میزان گسیلندگی نه تنها توانایی یک جسم در گسیل گرما را تعیین میکند، بلکه توانایی یک جسم در جذب گرمای گسیل شده توسط اجسام دیگر را نیز تعیین میکند. اجسامی با گسیلندگی نزدیک به ۱ (اجسام تیره) تقریباً تمام گرمای گسیل شده به خود را جذب میکنند. تنها بخش کوچکی از آن بازتاب میشود. برعکس، اجسامی با گسیلندگی نزدیک به ۰ (اجسام روشن) مقدار کمی از گرمای گسیل شده به خود را جذب میکنند. بیشتر گرما توسط جسم بازتاب میشود. اجسامی که تمام گرمای گسیل شده به خود را جذب میکنند، گسیلندگی = ۱ دارند. این نوع جسم به عنوان "جسم سیاه" شناخته میشود. اصطلاح جسم سیاه، جسمی را که سیاه است توصیف نمیکند، بلکه توانایی یک جسم را در جذب تمام گرمای گسیل شده به آن توصیف میکند.
