अगर आप किसी गर्म दिन में या दिन में व्यायाम करते समय काले कपड़े पहनते हैं तो कैसा लगता है? इसकी तुलना सफेद कपड़े पहनने से करें। अगर आप दिन में काले कपड़े पहनते हैं, तो आपको आसानी से गर्मी लगेगी। ऐसा क्यों होता है? सुबह के समय सूर्य और पृथ्वी के बीच की दूरी दोपहर और शाम के समय सूर्य और पृथ्वी के बीच की दूरी के लगभग बराबर होती है। तो फिर सुबह और शाम ठंडी क्यों होती हैं, और दोपहर बाद गर्मी क्यों होती है? इन सवालों का जवाब विकिरण द्वारा ऊष्मा स्थानांतरण से संबंधित है ।
विकिरण ऊष्मा स्थानांतरण विद्युत चुम्बकीय तरंगों के रूप में ऊष्मा का स्थानांतरण है । विकिरण ऊष्मा स्थानांतरण के उदाहरणों में चूल्हे के पास होने पर शरीर को महसूस होने वाली गर्मी और सूर्य से पृथ्वी तक ऊष्मा का स्थानांतरण शामिल हैं। सूर्य का तापमान पृथ्वी से अधिक (लगभग 6000 केल्विन) होता है, जबकि पृथ्वी का तापमान कम होता है। सूर्य और पृथ्वी के तापमान में इस अंतर के कारण ऊष्मा सूर्य (उच्च तापमान) से पृथ्वी (कम तापमान) की ओर स्थानांतरित होती है। यदि सूर्य से पृथ्वी तक ऊष्मा स्थानांतरण के लिए किसी मध्यस्थ या माध्यम की आवश्यकता होती, जैसा कि चालन और संवहन द्वारा ऊष्मा स्थानांतरण में होता है, तो ऊष्मा पृथ्वी तक नहीं पहुँच पाती; उसे निर्वात (या लगभग निर्वात) से होकर गुजरना पड़ता। सूर्य की ऊष्मा आपूर्ति के बिना, पृथ्वी पर जीवन संभव नहीं होता, क्योंकि जीवन के लिए ऊर्जा आवश्यक है।
विकिरण द्वारा ऊष्मा स्थानांतरण का एक और उदाहरण वह ऊष्मा है जो हमें लौ के पास होने पर महसूस होती है। यह ऊष्मा लौ से हवा के अत्यधिक गर्म होने के कारण नहीं होती। जैसा कि पहले बताया गया है, गर्म हवा फैलती है, जिससे उसका घनत्व कम हो जाता है। परिणामस्वरूप, कम घनत्व वाली हवा क्षैतिज रूप से हमारी ओर नहीं, बल्कि लंबवत ऊपर की ओर गति करती है। लौ के पास होने पर हमारे शरीर गर्म या अत्यधिक गर्म महसूस होते हैं क्योंकि ऊष्मा विकिरण द्वारा लौ (उच्च तापमान) से हमारे शरीर (निम्न तापमान) में स्थानांतरित होती है।
विकिरण द्वारा ऊष्मा स्थानांतरण, चालन और संवहन द्वारा ऊष्मा स्थानांतरण से थोड़ा भिन्न होता है । चालन और संवहन द्वारा ऊष्मा स्थानांतरण तब होता है जब अलग-अलग तापमान वाली वस्तुएँ एक दूसरे के संपर्क में आती हैं। इसके विपरीत, विकिरण द्वारा ऊष्मा स्थानांतरण बिना संपर्क के भी हो सकता है।
विकिरण ऊष्मा स्थानांतरण सूत्र
विकिरण द्वारा ऊष्मा स्थानांतरण की दर वस्तु के पृष्ठीय क्षेत्रफल और वस्तु के निरपेक्ष तापमान (केल्विन पैमाने) की चौथी घात के समानुपाती होती है। अधिक पृष्ठीय क्षेत्रफल वाली वस्तुओं में कम पृष्ठीय क्षेत्रफल वाली वस्तुओं की तुलना में ऊष्मा स्थानांतरण की दर अधिक होती है। उदाहरण के लिए, 2000 केल्विन तापमान वाली वस्तु में ऊष्मा स्थानांतरण की दर 1000 केल्विन तापमान वाली वस्तु की तुलना में 2/4 = 16 गुना अधिक होती है। इस खोज को जोसेफ स्टीफन ने 1879 में किया था और लगभग 5 वर्ष बाद लुडविग बोल्ट्जमैन ने इसे सैद्धांतिक रूप से सिद्ध किया था।
विवरण: Q = ऊष्मा, t = समय, A = वस्तु का पृष्ठीय क्षेत्रफल (m²)2), T = वस्तु का निरपेक्ष तापमान (केएल), e = उत्सर्जन क्षमता (एक आयामहीन संख्या जिसका मान 0 से 1 तक होता है), 5,67 x 10-8 डब्ल्यू / मी2.K4 (सार्वभौमिक स्थिरांक। इसे स्टीफ़न-बोल्ट्ज़मैन स्थिरांक भी कहा जाता है), Q/t = विकिरण द्वारा ऊष्मा स्थानांतरण की दर या ऊर्जा विकिरण की दर
काली सतह वाली वस्तुओं का उत्सर्जन गुणांक 1 के लगभग बराबर होता है, जबकि हल्के रंग की वस्तुओं का उत्सर्जन गुणांक 0 के लगभग बराबर होता है। किसी वस्तु का उत्सर्जन गुणांक जितना अधिक (e 1 के करीब) होता है, उससे निकलने वाली ऊष्मा की दर उतनी ही अधिक होती है। इसके विपरीत, किसी वस्तु का उत्सर्जन गुणांक जितना कम (e 0 के करीब) होता है, उससे निकलने वाली ऊष्मा की दर उतनी ही कम होती है। हम कह सकते हैं कि गहरे रंग की वस्तुएं (काली) आमतौर पर हल्के रंग की वस्तुओं (सफेद) की तुलना में अधिक ऊष्मा उत्सर्जित करती हैं।
उत्सर्जन क्षमता का मान न केवल किसी वस्तु की ऊष्मा उत्सर्जित करने की क्षमता को निर्धारित करता है, बल्कि अन्य वस्तुओं द्वारा उत्सर्जित ऊष्मा को अवशोषित करने की क्षमता को भी निर्धारित करता है। जिन वस्तुओं की उत्सर्जन क्षमता 1 के करीब होती है (काली वस्तुएं), वे अपने ऊपर उत्सर्जित लगभग सारी ऊष्मा को अवशोषित कर लेती हैं। केवल एक छोटा सा हिस्सा ही परावर्तित होता है। इसके विपरीत, जिन वस्तुओं की उत्सर्जन क्षमता 0 के करीब होती है (प्रकाशमान वस्तुएं), वे अपने ऊपर उत्सर्जित ऊष्मा का बहुत कम हिस्सा अवशोषित करती हैं। अधिकांश ऊष्मा वस्तु द्वारा परावर्तित हो जाती है। जो वस्तुएं अपने ऊपर उत्सर्जित सारी ऊष्मा को अवशोषित कर लेती हैं, उनकी उत्सर्जन क्षमता = 1 होती है। इस प्रकार की वस्तु को "काला पिंड" कहा जाता है। काला पिंड शब्द किसी वस्तु के काले रंग का वर्णन नहीं करता, बल्कि किसी वस्तु की अपने ऊपर उत्सर्जित सारी ऊष्मा को अवशोषित करने की क्षमता का वर्णन करता है।
