Hvordan føles det hvis du bruker svarte klær på en varm dag eller når du trener på dagtid? Sammenlign det med når du bruker hvite klær? Hvis du bruker svarte klær på dagtid, vil du lett føle deg varm. Hvorfor det? Avstanden mellom solen og jorden om morgenen er nesten den samme som avstanden mellom solen og jorden midt på dagen og kvelden. Så hvorfor er morgenen og kvelden kjøligere, og ettermiddagen varmere? Svaret på disse spørsmålene er knyttet til varmeoverføring via stråling.
Strålingsvarmeoverføring er overføring av varme i form av elektromagnetiske bølger. Eksempler på strålevarmeoverføring inkluderer varmen kroppen din føler når du er i nærheten av en ovn og overføring av varme fra solen til jorden. Solen har en høyere temperatur (rundt 6000 Kelvin), mens jorden har en lavere temperatur. Denne temperaturforskjellen mellom solen og jorden fører til at varme beveger seg fra solen (høyere temperatur) til jorden (lavere temperatur). Hvis varmeoverføring fra solen til jorden krevde et mellomledd, eller medium, slik varmeoverføring ved konduksjon og konveksjon gjør, ville ikke varmen nå jorden; den måtte passere gjennom et vakuum (eller nesten det). Uten solens varmeforsyning ville ikke liv på jorden eksistert, ettersom liv krever energi.
Et annet eksempel på varmeoverføring via stråling er varmen vi føler når vi er i nærheten av en flamme. Varmen vi føler er ikke forårsaket av at luften blir overopphetet av flammen. Som forklart tidligere, utvider varm luft seg, noe som reduserer tettheten. Som et resultat beveger luften med redusert tetthet seg vertikalt oppover, ikke horisontalt mot oss. Kroppene våre føles varme eller hete når vi er i nærheten av en flamme fordi varme overføres via stråling fra flammen (høyere temperatur) til kroppene våre (lavere temperatur).
Varmeoverføring ved stråling er litt forskjellig fra varmeoverføring ved konduksjon og konveksjon . Varmeoverføring ved konduksjon og konveksjon skjer når objekter med forskjellige temperaturer kommer i kontakt med hverandre. Omvendt kan varmeoverføring ved stråling skje uten kontakt.
Formel for strålingsvarmeoverføring
Varmeoverføringshastigheten ved stråling er funnet å være proporsjonal med objektets overflateareal og fjerdepotensen av objektets absolutte temperatur (Kelvin-skalaen). Objekter med et større overflateareal har en høyere varmeoverføringshastighet enn objekter med et mindre overflateareal. På samme måte har for eksempel et objekt ved 2000 Kelvin en varmeoverføringshastighet som er 2 * 4 = 16 ganger større enn et objekt ved 1000 Kelvin. Dette resultatet ble oppdaget av Josef Stefan i 1879 og utledet teoretisk av Ludwig Boltzmann omtrent 5 år senere.
Beskrivelse: Q = Varme, t = tid, A = Objektets overflateareal (m²2), T = Objektets absolutte temperatur (K), e = Emissivitet (et dimensjonsløst tall med verdi fra 0 til 1), 5,67 x 10-8 W / m2.K4 (Universalkonstant. Også kalt Stefan-Boltzmann-konstanten), Q/t = varmeoverføringshastighet ved stråling eller energistrålingshastighet
Objekter med mørke overflater (svarte) har en emissivitet nær 1, mens lyse objekter har en emissivitet nær 0. Jo større emissiviteten til et objekt (e nær 1), desto større er varmeutslippshastigheten fra objektet. Omvendt, jo mindre emissiviteten til et objekt (e nær 0), desto mindre er varmeutslippshastigheten. Vi kan si at mørke objekter (svarte) vanligvis avgir mer varme enn lyse objekter (hvite).
Størrelsen på emissiviteten bestemmer ikke bare et objekts evne til å avgi varme, men også et objekts evne til å absorbere varme som avgis fra andre objekter. Objekter med en emissivitet nær 1 (mørke objekter) absorberer nesten all varmen som avgis til dem. Bare en liten del reflekteres. Omvendt absorberer objekter med en emissivitet nær 0 (lyse objekter) lite av varmen som avgis til dem. Mesteparten av varmen reflekteres av objektet. Objekter som absorberer all varmen som avgis til dem, har en emissivitet = 1. Denne typen objekt er kjent som et "svart legeme". Begrepet svart legeme beskriver ikke et objekt som er svart, men beskriver et objekts evne til å absorbere all varmen som avgis til det.
