Kakšen je občutek, če na vroč dan ali ko telovadiš čez dan nosiš črna oblačila? Primerjaj to s tem, ko nosiš bela oblačila? Če čez dan nosiš črna oblačila, ti bo zlahka 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 z prenos toplote s sevanjem.
Prenos toplote s sevanjem je prenos toplote v obliki elektromagnetnih valov. Primera prenosa toplote s sevanjem sta toplota vašega telesa, ko ste blizu peči, in prenos toplote s sonca na zemljo. Sonce ima suhu višja (okoli 6000 Kelvinov), medtem ko ima Zemlja nižjo temperaturo. Razlika v temperaturi med soncem in Zemljo povzroča vročina premikanje od sonca (višja temperatura) do zemlje (nižja temperatura). Če bi prenos toplote od sonca do zemlje zahteval posrednika ali medij, kot se prenos toplote izvaja s prevodnostjo in konvekcijo, potem toplota ne bi mogla doseči Zemlje; morala bi preiti skozi vakuum (ali skoraj vakuum). Če ne bi bilo prispevka toplote s sonca, potem življenje na Zemlji ne bi nikoli obstajalo, ker 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 v primerjavi z prenos toplote s kondukcijo dan prenos toplote s konvekcijoPrenos toplote s prevodnostjo in konvekcijo se zgodi, ko se predmeti z različnimi temperaturami stikajo drug z drugim. 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 njegove absolutne temperature (na Kelvinovi lestvici). 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 večji od rezultata predmeta pri 1000 Kelvinih. Ta rezultat je odkril Josef Stefan leta 1879, Ludwig Boltzmann pa ga je teoretično izpeljal približno 5 let pozneje.
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.
