Kāda ir sajūta, ja karstā dienā vai vingrojot valkājat melnas drēbes? Salīdziniet to ar baltu drēbju valkāšanu? Ja dienas laikā valkājat melnas drēbes, jums viegli kļūs karsti. Kāpēc tā? Attālums starp sauli un zemi no rīta ir gandrīz tāds pats kā attālums starp sauli un zemi pusdienlaikā un vakarā. Tad kāpēc rīts un vakars ir vēsāks, bet pēcpusdiena - karstāka? Atbilde uz šiem jautājumiem ir saistīta ar siltuma pārnesi ar starojumu.
Radiācijas siltuma pārnešana ir siltuma pārnešana elektromagnētisko viļņu veidā. Radiācijas siltuma pārneses piemēri ir siltums, ko jūsu ķermenis jūt, atrodoties plīts tuvumā, un siltuma pārnešana no saules uz zemi. Saulei ir augstāka temperatūra (aptuveni 6000 kelvini), bet Zemei - zemāka. Šī temperatūras starpība starp sauli un zemi izraisa siltuma pārvietošanos no saules (augstāka temperatūra) uz zemi (zemāka temperatūra). Ja siltuma pārnešanai no saules uz zemi būtu nepieciešams starpnieks jeb vide, kā tas ir nepieciešams siltuma pārnesei ar vadīšanu un konvekciju, tad siltums nesasniegtu zemi; tam būtu jāiziet cauri vakuumam (vai gandrīz caur to). Bez saules siltuma piegādes dzīvība uz Zemes nepastāvētu, jo dzīvībai ir nepieciešama enerģija.
Vēl viens siltuma pārneses ar starojumu piemērs ir siltums, ko jūtam, atrodoties liesmas tuvumā. Siltumu, ko jūtam, neizraisa gaisa pārkaršana liesmas ietekmē. Kā jau iepriekš paskaidrots, karstais gaiss izplešas, samazinot tā blīvumu. Tā rezultātā gaiss ar samazinātu blīvumu pārvietojas vertikāli uz augšu, nevis horizontāli pret mums. Mūsu ķermeņi jūtas silti vai karsti, atrodoties liesmas tuvumā, jo siltums tiek pārnests ar liesmas starojumu (augstāka temperatūra) uz mūsu ķermeņiem (zemāka temperatūra).
Siltuma pārnešana ar starojumu nedaudz atšķiras no siltuma pārneses ar vadīšanu un konvekciju . Siltuma pārnešana ar vadīšanu un konvekciju notiek, kad objekti dažādās temperatūrās nonāk saskarē. Un otrādi, siltuma pārnešana ar starojumu var notikt bez saskares.
Radiācijas siltuma pārneses formula
Siltuma pārneses ātrums ar starojumu ir proporcionāls objekta virsmas laukumam un objekta absolūtās temperatūras ceturtajai pakāpei (Kelvina skala). Objektiem ar lielāku virsmas laukumu ir lielāks siltuma pārneses ātrums nekā objektiem ar mazāku virsmas laukumu. Tāpat, piemēram, objektam ar 2000 kelviniem ir siltuma pārneses ātrums 2/4 = 16 reizes lielāks nekā objektam ar 1000 kelviniem. Šo rezultātu 1879. gadā atklāja Jozefs Stefans un apmēram 5 gadus vēlāk teorētiski ieguva Ludvigs Bolcmans.
Apraksts: Q = siltums, t = laiks, A = objekta virsmas laukums (m²)2), T = objekta absolūtā temperatūra (K), e = emisijas spēja (bezdimensijas skaitlis, kura vērtība ir no 0 līdz 1), 5,67 x 10-8 W / m2.K4 (Universālā konstante. Saukta arī par Stefana-Bolcmana konstanti), Q/t = siltuma pārneses ātrums ar starojumu vai enerģijas starojuma ātrums
Objektiem ar tumšām virsmām (melniem) ir emisijas spēja tuvu 1, savukārt gaišas krāsas objektiem ir emisijas spēja tuvu 0. Jo lielāka ir objekta emisijas spēja (e tuvu 1), jo lielāks ir objekta izstarotā siltuma ātrums. Un otrādi, jo mazāka ir objekta emisijas spēja (e tuvu 0), jo mazāks ir izstarotā siltuma ātrums. Var teikt, ka tumšas krāsas objekti (melni) parasti izstaro vairāk siltuma nekā gaišas krāsas objekti (balti).
Emisijas lielums nosaka ne tikai objekta spēju izstarot siltumu, bet arī objekta spēju absorbēt citu objektu izstaroto siltumu. Objekti ar emisijas spēju tuvu 1 (tumši objekti) absorbē gandrīz visu tiem izstaroto siltumu. Tikai neliela daļa tiek atstarota. Turpretī objekti ar emisijas spēju tuvu 0 (gaiši objekti) absorbē nelielu daļu no tiem izstarotā siltuma. Lielāko daļu siltuma objekts atstaro. Objektiem, kas absorbē visu tiem izstaroto siltumu, ir emisijas spēja = 1. Šāda veida objektu sauc par "melnu ķermeni". Termins "melns ķermenis" neapraksta objektu, kas ir melns, bet gan apraksta objekta spēju absorbēt visu tam izstaroto siltumu.
