उष्ण दिवशी किंवा दिवसा व्यायाम करताना काळे कपडे घातल्यावर कसे वाटते? पांढरे कपडे घातल्यावर कसे वाटते याच्याशी तुलना करा. दिवसा काळे कपडे घातल्यास तुम्हाला सहज गरम वाटेल. असे का होते? सकाळी सूर्य आणि पृथ्वीमधील अंतर हे दुपार आणि संध्याकाळच्या अंतराएवढेच असते. मग सकाळ आणि संध्याकाळ थंड, तर दुपार गरम का असते? या प्रश्नांची उत्तरे प्रारणाद्वारे होणाऱ्या उष्णता हस्तांतरणाशी संबंधित आहेत.
विकिरण उष्णता हस्तांतरण म्हणजे विद्युत चुंबकीय लहरींच्या स्वरूपात होणारे उष्णतेचे हस्तांतरण . विकिरण उष्णता हस्तांतरणाच्या उदाहरणांमध्ये स्टोव्हजवळ असताना तुमच्या शरीराला जाणवणारी ऊब आणि सूर्यापासून पृथ्वीकडे होणारे उष्णतेचे हस्तांतरण यांचा समावेश होतो. सूर्याचे तापमान जास्त (सुमारे ६००० केल्विन) असते, तर पृथ्वीचे तापमान कमी असते. सूर्य आणि पृथ्वी यांच्यातील या तापमानाच्या फरकामुळे उष्णता सूर्याकडून (जास्त तापमान) पृथ्वीकडे (कमी तापमान) जाते. जर सूर्यापासून पृथ्वीकडे होणाऱ्या उष्णता हस्तांतरणासाठी, वहन आणि अभिसरणाद्वारे होणाऱ्या उष्णता हस्तांतरणाप्रमाणे, एखाद्या मध्यस्थाची किंवा माध्यमाची आवश्यकता असती, तर उष्णता पृथ्वीपर्यंत पोहोचली नसती; तिला निर्वात पोकळीतून (किंवा जवळपास तशाच पोकळीतून) जावे लागले असते. सूर्याच्या उष्णतेच्या पुरवठ्याशिवाय पृथ्वीवर जीवसृष्टी अस्तित्वात नसती, कारण जीवसृष्टीला ऊर्जेची आवश्यकता असते.
प्रारणाद्वारे होणाऱ्या उष्णता हस्तांतरणाचे आणखी एक उदाहरण म्हणजे ज्योतीच्या जवळ असताना आपल्याला जाणवणारी उष्णता. आपल्याला जाणवणारी उष्णता ही ज्योतीमुळे हवा जास्त गरम झाल्यामुळे नसते. पूर्वी स्पष्ट केल्याप्रमाणे, गरम हवा प्रसरण पावते, ज्यामुळे तिची घनता कमी होते. परिणामी, कमी घनतेची हवा आपल्याकडे आडव्या दिशेने न येता, उभ्या दिशेने वर जाते. ज्योतीच्या जवळ असताना आपले शरीर उबदार किंवा गरम वाटते, कारण उष्णता प्रारणाद्वारे ज्योतीकडून (उच्च तापमान) आपल्या शरीराकडे (कमी तापमान) हस्तांतरित होते.
प्रारणाद्वारे होणारे उष्णता हस्तांतरण हे वहन आणि अभिसरणाद्वारे होणाऱ्या उष्णता हस्तांतरणापेक्षा थोडे वेगळे असते . वहन आणि अभिसरणाद्वारे होणारे उष्णता हस्तांतरण तेव्हा होते, जेव्हा वेगवेगळ्या तापमानाच्या वस्तू एकमेकांच्या संपर्कात येतात. याउलट, प्रारणाद्वारे होणारे उष्णता हस्तांतरण संपर्काशिवाय देखील होऊ शकते.
विकिरण उष्णता हस्तांतरण सूत्र
प्रारणाद्वारे होणाऱ्या उष्णता हस्तांतरणाचा दर हा वस्तूच्या पृष्ठभागाचे क्षेत्रफळ आणि वस्तूच्या निरपेक्ष तापमानाच्या (केल्विन स्केल) चौथ्या घाताच्या समानुपाती असतो, असे आढळून आले आहे. कमी पृष्ठभागाचे क्षेत्रफळ असलेल्या वस्तूंपेक्षा जास्त पृष्ठभागाचे क्षेत्रफळ असलेल्या वस्तूंमध्ये उष्णता हस्तांतरणाचा दर अधिक असतो. त्याचप्रमाणे, उदाहरणार्थ, २००० केल्विन तापमानाच्या वस्तूचा उष्णता हस्तांतरणाचा दर हा १००० केल्विन तापमानाच्या वस्तूच्या तुलनेत २⁴ = १६ पट जास्त असतो . हा निष्कर्ष १८७९ मध्ये जोसेफ स्टीफन यांनी शोधला आणि सुमारे ५ वर्षांनंतर लुडविग बोल्ट्झमन यांनी तो सैद्धांतिकरित्या सिद्ध केला.
वर्णन: Q = उष्णता, t = वेळ, A = वस्तूचे पृष्ठफळ (मी²)2), T = वस्तूचे निरपेक्ष तापमान (केल्विन), e = उत्सर्जनक्षमता (एक परिमाणहीन संख्या जिचे मूल्य 0 ते 1 पर्यंत असते), 5,67 x 10-8 डब्ल्यू / मी2.K4 (सार्वत्रिक स्थिरांक. याला स्टीफन-बोल्ट्झमन स्थिरांक असेही म्हणतात), Q/t = प्रारणाद्वारे उष्णता हस्तांतरणाचा दर किंवा ऊर्जा प्रारणाचा दर
गडद पृष्ठभाग असलेल्या (काळ्या) वस्तूंची उत्सर्जनक्षमता १ च्या जवळपास असते, तर फिकट रंगाच्या वस्तूंची उत्सर्जनक्षमता ० च्या जवळपास असते. वस्तूची उत्सर्जनक्षमता जितकी जास्त (e १ च्या जवळपास), तितक्या जास्त प्रमाणात ती वस्तू उष्णता उत्सर्जित करते. याउलट, वस्तूची उत्सर्जनक्षमता जितकी कमी (e ० च्या जवळपास), तितक्या कमी प्रमाणात उष्णता उत्सर्जित होते. आपण असे म्हणू शकतो की गडद रंगाच्या (काळ्या) वस्तू सामान्यतः फिकट रंगाच्या (पांढऱ्या) वस्तूंपेक्षा जास्त उष्णता उत्सर्जित करतात.
उत्सर्जनक्षमतेचे प्रमाण केवळ वस्तूची उष्णता उत्सर्जित करण्याची क्षमताच नव्हे, तर इतर वस्तूंनी उत्सर्जित केलेली उष्णता शोषून घेण्याची क्षमता देखील ठरवते. ज्या वस्तूंची उत्सर्जनक्षमता १ च्या जवळ असते (गडद वस्तू), त्या त्यांच्याकडे उत्सर्जित होणारी जवळजवळ सर्व उष्णता शोषून घेतात. केवळ एक लहान भाग परावर्तित होतो. याउलट, ज्या वस्तूंची उत्सर्जनक्षमता ० च्या जवळ असते (फिकट वस्तू), त्या त्यांच्याकडे उत्सर्जित होणारी थोडी उष्णता शोषून घेतात. बहुतेक उष्णता त्या वस्तूद्वारे परावर्तित होते. ज्या वस्तू त्यांच्याकडे उत्सर्जित होणारी सर्व उष्णता शोषून घेतात, त्यांची उत्सर्जनक्षमता = १ असते. या प्रकारच्या वस्तूला 'कृष्णवस्तू' (ब्लॅक बॉडी) म्हणून ओळखले जाते. 'कृष्णवस्तू' ही संज्ञा वस्तू काळी आहे हे दर्शवत नाही, तर ती वस्तू तिच्याकडे उत्सर्जित होणारी सर्व उष्णता शोषून घेण्याच्या क्षमतेचे वर्णन करते.
