Hvernig líður þér ef þú klæðist svörtum fötum á heitum degi eða þegar þú ert að æfa á daginn? Berðu það saman við þegar þú klæðist hvítum fötum? Ef þú klæðist svörtum fötum á daginn verður þér auðveldlega heitt. Af hverju er það? Fjarlægðin milli sólar og jarðar að morgni er næstum sú sama og fjarlægðin milli sólar og jarðar á hádegi og kvöldi. Svo hvers vegna eru morgnana og kvöldin kaldari og síðdegis heitari? Svarið við þessum spurningum tengist varmaflutningi með geislun.
Geislunarvarmaflutningur er flutningur varma í formi rafsegulbylgna. Dæmi um geislunarvarmaflutning eru hlýja sem líkaminn finnur fyrir þegar þú ert nálægt eldavél og flutningur varma frá sólinni til jarðar. Sólin hefur hærra hitastig (um 6000 Kelvin) en jörðin hefur lægra hitastig. Þessi hitamunur á milli sólar og jarðar veldur því að hiti færist frá sólinni (hærra hitastig) til jarðar (lægra hitastig). Ef varmaflutningur frá sólinni til jarðar þyrfti millilið, eða miðil, eins og varmaflutningur með leiðni og varmaburði gerir, þá myndi hitinn ekki ná til jarðar; hann þyrfti að fara í gegnum lofttæmi (eða næstum því). Án varmagjafa sólarinnar væri líf á jörðinni ekki til, þar sem líf krefst orku.
Annað dæmi um varmaflutning með geislun er hitinn sem við finnum fyrir þegar við erum nálægt loga. Hitinn sem við finnum fyrir stafar ekki af því að loftið ofhitnar vegna logans. Eins og áður hefur verið útskýrt þenst heitt loft út og minnkar eðlisþyngd þess. Þar af leiðandi færist loftið með minni eðlisþyngd lóðrétt upp á við, ekki lárétt í átt að okkur. Líkamar okkar finna fyrir hlýju eða heitu ástandi þegar við erum nálægt loga vegna þess að hiti flyst með geislun frá loganum (hærra hitastig) til líkama okkar (lægra hitastig).
Varmaflutningur með geislun er örlítið frábrugðinn varmaflutningi með leiðni og varmaburði . Varmaflutningur með leiðni og varmaburði á sér stað þegar hlutir við mismunandi hitastig komast í snertingu. Aftur á móti getur varmaflutningur með geislun átt sér stað án snertingar.
Formúlan fyrir varmaflutning með geislun
Varmaflutningshraði með geislun reynist vera í réttu hlutfalli við yfirborðsflatarmál hlutarins og fjórða veldi af algildum hitastigi hlutarins (Kelvin-kvarði). Hlutir með stærra yfirborðsflatarmál hafa meiri varmaflutningshraða en hlutir með minna yfirborðsflatarmál. Á sama hátt hefur hlutur við 2000 Kelvin, til dæmis, varmaflutningshraða sem er 2 * 4 = 16 sinnum meiri en hlutur við 1000 Kelvin. Þessa niðurstöðu uppgötvaði Josef Stefan árið 1879 og Ludwig Boltzmann leiddi hana út fræðilega um 5 árum síðar.
Lýsing: Q = Hiti, t = tími, A = Yfirborðsflatarmál hlutarins (m²2), T = Algjört hitastig hlutarins (K), e = Geislunarstuðull (víddarlaus tala sem er á bilinu 0 til 1), 5,67 x 10-8 W / m2.K4 (Alheimsstuðull. Einnig kallaður Stefan-Boltzmann-stuðullinn), Q/t = hraði varmaflutnings með geislun eða hraði orkugeislunar
Hlutir með dökka fleti (svarta) hafa geislunarstuðul nálægt 1, en ljósir hlutir hafa geislunarstuðul nálægt 0. Því meiri sem geislunarstuðull hlutar er (e nálægt 1), því meiri er varmahraði sem hluturinn gefur frá sér. Aftur á móti, því minni sem geislunarstuðull hlutar er (e nálægt 0), því minni er varmahraði sem hann gefur frá sér. Við getum sagt að dökkir hlutir (svartir) gefa venjulega frá sér meiri varma en ljósir hlutir (hvítir).
Stærð ljósgeislunar ákvarðar ekki aðeins getu hlutar til að gefa frá sér hita heldur einnig getu hans til að taka í sig hita frá öðrum hlutum. Hlutir með ljósgeislunarstuðul nálægt 1 (dökkir hlutir) taka í sig næstum allan hita sem þeir gefa frá sér. Aðeins lítill hluti endurkastast. Aftur á móti taka hlutir með ljósgeislunarstuðul nálægt 0 (ljósir hlutir) í sig lítið af þeim hita sem þeir gefa frá sér. Hluturinn endurkastar mestum hlutanum. Hlutir sem taka í sig allan hita sem þeir gefa frá sér hafa ljósgeislunarstuðul = 1. Þessi tegund hlutar er þekktur sem „svartur hlutur“. Hugtakið svartur hlutur lýsir ekki hlut sem er svartur heldur getu hlutar til að taka í sig allan hita sem honum gefst.
