Kakšen je občutek, če na vroč dan ali ko čez dan telovadite, nosite črna oblačila? Primerjajte to s tem, ko nosite bela oblačila? Če čez dan nosite črna oblačila, vam bo zlahka postalo vroče. Zakaj je tako? Razdalja med soncem in zemljo zjutraj je skoraj enaka razdalji med soncem in zemljo opoldne in zvečer. Zakaj sta torej jutro in večer hladnejša, popoldne pa bolj vroča? Odgovor na ta vprašanja je povezan s prenosom toplote s sevanjem.
Prenos toplote s sevanjem je prenos toplote v obliki elektromagnetnih valov. Primera prenosa toplote s sevanjem sta toplota, ki jo vaše telo čuti, ko ste blizu peči, in prenos toplote s sonca na Zemljo. Sonce ima višjo temperaturo (okoli 6000 Kelvinov), medtem ko ima Zemlja nižjo temperaturo. Ta temperaturna razlika med soncem in Zemljo povzroči, da se toplota premika s sonca (višja temperatura) na Zemljo (nižja temperatura). Če bi prenos toplote s sonca na Zemljo zahteval posrednika ali medij, kot je prenos toplote s prevodnostjo in konvekcijo, potem toplota ne bi dosegla Zemlje; morala bi preiti skozi vakuum (ali skoraj vakuum). Brez sončne toplote življenje na Zemlji ne bi obstajalo, saj življenje potrebuje energijo.
Drug primer prenosa toplote s sevanjem je toplota, ki jo čutimo, ko smo blizu plamena. Toplote, ki jo čutimo, ne povzroča pregrevanje zraka zaradi plamena. Kot smo že pojasnili, se vroč zrak širi in zmanjšuje svojo gostoto. Posledično se zrak z zmanjšano gostoto premika navpično navzgor in ne vodoravno proti nam. Naša telesa se ob bližini plamena počutijo topla ali vroča, ker se toplota s sevanjem prenaša iz plamena (višja temperatura) na naša telesa (nižja temperatura).
Prenos toplote s sevanjem se nekoliko razlikuje od prenosa toplote s prevodnostjo in konvekcijo . Prenos toplote s prevodnostjo in konvekcijo se zgodi, ko pridejo v stik predmeti z različnimi temperaturami. Nasprotno pa se lahko prenos toplote s sevanjem zgodi brez stika.
Formula za prenos toplote s sevanjem
Ugotovljeno je, da je hitrost prenosa toplote s sevanjem sorazmerna s površino predmeta in četrto potenco absolutne temperature predmeta (Kelvinova lestvica). Predmeti z večjo površino imajo večjo hitrost prenosa toplote kot predmeti z manjšo površino. Podobno ima predmet s temperaturo 2000 Kelvinov na primer hitrost prenosa toplote 2 * 4 = 16-krat večjo kot predmet s temperaturo 1000 Kelvinov. Ta rezultat je leta 1879 odkril Josef Stefan, približno 5 let pozneje pa ga je teoretično izpeljal Ludwig Boltzmann.
Opis: Q = toplota, t = čas, A = površina telesa (m2), T = absolutna temperatura predmeta (K), e = emisivnost (brezdimenzijska številka, katere vrednost se giblje od 0 do 1), 5,67 x 10-8 W / m2.K4 (Univerzalna konstanta. Imenuje se tudi Stefan-Boltzmannova konstanta), Q/t = hitrost prenosa toplote s sevanjem ali hitrost sevanja energije
Predmeti s temnimi površinami (črni) imajo emisivnost blizu 1, medtem ko imajo svetli predmeti emisivnost blizu 0. Večja kot je emisivnost predmeta (e blizu 1), večja je hitrost oddajanja toplote. Nasprotno, manjša kot je emisivnost predmeta (e blizu 0), manjša je hitrost oddajanja toplote. Lahko rečemo, da temni predmeti (črni) običajno oddajajo več toplote kot svetli predmeti (beli).
Velikost emisivnosti ne določa le sposobnosti predmeta, da oddaja toploto, temveč tudi sposobnost predmeta, da absorbira toploto, ki jo oddajajo drugi predmeti. Predmeti z emisivnostjo blizu 1 (temni predmeti) absorbirajo skoraj vso toploto, ki jo oddajajo. Odbije se le majhen del. Nasprotno pa predmeti z emisivnostjo blizu 0 (svetli predmeti) absorbirajo malo toplote, ki jo oddajajo. Večino toplote predmet odbije. Predmeti, ki absorbirajo vso toploto, ki jo oddajajo, imajo emisivnost = 1. Ta vrsta predmeta je znana kot "črno telo". Izraz črno telo ne opisuje predmeta, ki je črne barve, temveč opisuje sposobnost predmeta, da absorbira vso toploto, ki jo oddaja.
