Como se sente se levas roupa negra nun día caloroso ou cando fas exercicio durante o día? Compárao con cando levas roupa branca? Se levas roupa negra durante o día, sentirás calor facilmente. Por que? A distancia entre o sol e a terra pola mañá é case a mesma que a distancia entre o sol e a terra ao mediodía e á noite. Entón, por que a mañá e a noite son máis frescas e a tarde máis calorosa? A resposta a estas preguntas está relacionada coa transferencia de calor por radiación.
A transferencia de calor por radiación é a transferencia de calor en forma de ondas electromagnéticas. Algúns exemplos de transferencia de calor por radiación son a calor que sente o corpo cando está preto dun forno e a transferencia de calor do sol á Terra. O sol ten unha temperatura máis alta (arredor de 6000 Kelvin), mentres que a Terra ten unha temperatura máis baixa. Esta diferenza de temperatura entre o sol e a Terra fai que a calor se mova do sol (temperatura máis alta) á Terra (temperatura máis baixa). Se a transferencia de calor do sol á Terra requirise un intermediario ou medio, como fai a transferencia de calor por condución e convección, entón a calor non chegaría á Terra; tería que pasar a través dun baleiro (ou case). Sen o subministro de calor do sol, a vida na Terra non existiría, xa que a vida require enerxía.
Outro exemplo de transferencia de calor por radiación é a calor que sentimos cando estamos preto dunha chama. A calor que sentimos non se debe a que o aire se sobrequente pola chama. Como se explicou anteriormente, o aire quente expándese, reducindo a súa densidade. Como resultado, o aire con densidade reducida móvese verticalmente cara arriba, non horizontalmente cara a nós. Os nosos corpos séntense cálidos ou quentes cando estamos preto dunha chama porque a calor se transfire por radiación desde a chama (temperatura máis alta) aos nosos corpos (temperatura máis baixa).
A transferencia de calor por radiación é lixeiramente diferente da transferencia de calor por condución e convección . A transferencia de calor por condución e convección ocorre cando obxectos a diferentes temperaturas entran en contacto. Pola contra, a transferencia de calor por radiación pode ocorrer sen contacto.
Fórmula para a transferencia de calor por radiación
A taxa de transferencia de calor por radiación é proporcional á superficie do obxecto e á cuarta potencia da temperatura absoluta do obxecto (escala Kelvin). Os obxectos cunha superficie maior teñen unha maior taxa de transferencia de calor que os obxectos cunha superficie menor. Do mesmo xeito, un obxecto a 2000 Kelvin, por exemplo, ten unha taxa de transferencia de calor de 2/4 = 16 veces maior que un obxecto a 1000 Kelvin. Este resultado foi descuberto por Josef Stefan en 1879 e derivado teoricamente por Ludwig Boltzmann uns 5 anos despois.
Descrición: Q = Calor, t = tempo, A = Área superficial do obxecto (m²)2), T = Temperatura absoluta do obxecto (K), e = Emisividade (un número adimensional cuxo valor varía de 0 a 1), 5,67 x 10-8 W / m2.K4 (Constante universal. Tamén chamada constante de Stefan-Boltzmann), Q/t = taxa de transferencia de calor por radiación ou taxa de radiación de enerxía
Os obxectos con superficies escuras (negras) teñen unha emisividade próxima a 1, mentres que os obxectos de cor clara teñen unha emisividade próxima a 0. Canto maior sexa a emisividade dun obxecto (e próximo a 1), maior será a taxa de calor emitida polo obxecto. Pola contra, canto menor sexa a emisividade dun obxecto (e próximo a 0), menor será a taxa de calor emitida. Podemos dicir que os obxectos de cor escura (negras) adoitan emitir máis calor que os obxectos de cor clara (brancas).
A magnitude da emisividade non só determina a capacidade dun obxecto para emitir calor, senón tamén a capacidade dun obxecto para absorber a calor emitida por outros obxectos. Os obxectos cunha emisividade próxima a 1 (obxectos escuros) absorben case toda a calor que se lles emite. Só se reflicte unha pequena parte. Pola contra, os obxectos cunha emisividade próxima a 0 (obxectos claros) absorben pouca da calor que se lles emite. A maior parte da calor é reflexada polo obxecto. Os obxectos que absorben toda a calor que se lles emite teñen unha emisividade = 1. Este tipo de obxecto coñécese como "corpo negro". O termo corpo negro non describe un obxecto que é negro, senón a capacidade dun obxecto para absorber toda a calor que se lle emite.
