1. Përkufizimi i transferimit të nxehtësisë me anë të rrezatimit
Si ndihesh nëse vesh rroba të zeza në një ditë të nxehtë, ose kur ushtrohesh gjatë ditës? Krahaso me kur vesh rroba të bardha? Nëse vesh rroba të zeza gjatë ditës, atëherë ndihesh i nxehtë. Pse ndodh kjo? Distanca midis diellit dhe tokës në mëngjes është pothuajse e njëjtë me distancën midis diellit dhe tokës gjatë ditës dhe mbrëmjes. Atëherë pse mëngjeset dhe mbrëmjet janë më të freskëta, më të nxehta gjatë ditës? Përgjigjet e këtyre pyetjeve lidhen me transferimin e nxehtësisë nga rrezatimi.
Transferimi i nxehtësisë me anë të rrezatimit është transferimi i nxehtësisë në formën e valëve elektromagnetike. Shembuj të transferimit të nxehtësisë me anë të rrezatimit janë ngrohtësia e trupit tuaj kur jeni pranë një furre dhe transferimi i nxehtësisë nga dielli në tokë. Dielli ka një temperaturë më të lartë (rreth 6000 Kelvin), ndërsa toka ka një temperaturë më të ulët. Diferenca e temperaturës midis diellit dhe tokës bën që nxehtësia të lëvizë nga dielli (temperaturë më e lartë) në tokë (temperaturë më e ulët). Nëse transferimi i nxehtësisë nga dielli në tokë kërkon një ndërmjetës ose medium, si transferimi i nxehtësisë me anë të përçueshmërisë dhe konvekcionit, nxehtësia nuk mund të arrijë në tokë; nxehtësia duhet të kalojë nëpër një vakum (ose pothuajse bosh). Nëse nuk ka nxehtësi nga dielli, jeta në tokë nuk do të ekzistojë kurrë sepse jeta kërkon energji nga dielli.
Një shembull tjetër i transferimit të nxehtësisë me anë të rrezatimit është nxehtësia që ndihet kur jemi pranë një flake. Nxehtësia që ndiejmë nuk shkaktohet nga ajri i mbinxehur për shkak të flakës. Siç u shpjegua më parë, ajri i nxehtë do të zgjerohet në mënyrë që dendësia të zvogëlohet. Si rezultat, ajri me dendësi të reduktuar lëviz vertikalisht lart, jo horizontalisht drejt nesh. Trupi ynë ndihet i ngrohtë ose i nxehtë kur është pranë flakës sepse nxehtësia lëviz me anë të rrezatimit nga flaka (temperaturë më e lartë) në trupin tonë (temperaturë më e ulët).
Transferimi i nxehtësisë me anë të rrezatimit është paksa i ndryshëm në krahasim me transferimin e nxehtësisë me anë të përçueshmërisë dhe konvekcionit. Transferimi i nxehtësisë me anë të përçueshmërisë dhe konvekcionit ndodh kur objektet që kanë ndryshime temperature prekin njëri-tjetrin. Nga ana tjetër, transferimi i nxehtësisë me anë të rrezatimit mund të ndodhë pa prekur.
2. Ekuacioni i transferimit të nxehtësisë me anë të rrezatimit
Shkalla e transferimit të nxehtësisë nga rrezatimi është proporcionale me sipërfaqen e objektit dhe temperaturën absolute (Shkalla Kelvin) e objektit. Objektet që kanë një sipërfaqe më të madhe kanë një shkallë më të lartë të transferimit të nxehtësisë sesa objektet që kanë një sipërfaqe më të vogël.
Po kështu, objektet me një temperaturë prej 2000 Kelvin, për shembull, kanë një shpejtësi transferimi të nxehtësisë prej 2 4 = 16 herë më të madhe se objektet me një temperaturë prej 1000 Kelvin. Ky rezultat u zbulua nga Josef Stefan në vitin 1879 dhe u nxor teorikisht nga Ludwig Boltzmann rreth pesë vjet më vonë.
Q = nxehtësia, t = koha, A = sipërfaqja e objektit (m2 ) , T = temperatura absolute e objektit (K) e = emisiviteti (numër pa dimensione madhësia e të cilit varion nga 0 në 1), σ = 5.67 x 10 -8 W/ m2.K4 ( Konstante universale. E njohur edhe si konstantja Stefan-Boltzmann), Q/t = shkalla e transferimit të nxehtësisë nga rrezatimi
Objektet me sipërfaqe të errëta (të zeza) kanë një emisivitet afër 1, ndërsa objektet me ngjyrë të çelët kanë një emisivitet afër 0. Sa më i madh të jetë emisiviteti i një objekti (e i afrohet 1), aq më e madhe është shkalla e nxehtësisë që emetohet nga objekti. Anasjelltas, sa më i vogël të jetë emisiviteti i një objekti (e i afrohet 0), aq më e vogël është shkalla e nxehtësisë së emetuar. Mund të themi se objektet me ngjyrë të errët (të zeza) zakonisht emetojnë më shumë nxehtësi sesa objektet me ngjyrë të çelët (të bardha).
Sasia e emisivitetit jo vetëm që përcakton aftësinë e një objekti për të emetuar nxehtësi, por edhe aftësinë e një objekti për të thithur nxehtësinë e emetuar nga objekte të tjera. Objektet që kanë një emisivitet afër 1 (objektet me ngjyrë të errët) thithin pothuajse të gjithë nxehtësinë e emetuar mbi to. Vetëm një pjesë e vogël reflektohet. Anasjelltas, objektet që kanë një emisivitet afër 0 (objektet me ngjyrë të çelët) thithin pak nxehtësi të emetuar mbi to. Pjesa më e madhe e nxehtësisë reflektohet nga objekti. Një objekt që thith të gjithë nxehtësinë e emetuar mbi të ka emisivitet = 1. Ky lloj objekti njihet si "objekti i zi". Termi objekt i zi nuk shpjegon që objektet janë të zeza, por shpjegon aftësinë e objekteve për të thithur të gjithë nxehtësinë e emetuar mbi to.
3. Shkalla e nxehtësisë së emetuar nga dielli
Bazuar në llogaritjet (sipas realitetit), u zbulua se kishte një nxehtësi prej 1350 xhaulësh për sekondë për metër katror që lëvizte nga dielli në tokë. Në një ditë të ndritshme (pa re), ka një nxehtësi prej 1000 xhaulësh për sekondë për metër katror që arrin në sipërfaqen e tokës. Në një ditë me diell (me shumë re), rreth 70% e nxehtësisë absorbohet nga atmosfera e tokës, vetëm 30% e nxehtësisë arrin në sipërfaqen e tokës. Madhësia e nxehtësisë që zhduket në atmosferën e tokës varet nga shumë ose pak re. Sasia e nxehtësisë prej 1350 xhaulësh për sekondë për metër katror njihet si konstanta diellore . Meqenëse xhaulësh për sekondë (J/s) = vat, atëherë mund ta rishkruajmë konstanten diellore në 1350 vat për metër katror = 1350 W/m2.
Kur nxehtësia e emetuar nga dielli arrin në sipërfaqen e tokës, nxehtësia absorbohet nga toka dhe objektet në sipërfaqen e tokës. Shkalla e absorbimit të nxehtësisë varet nga emisiviteti (e) i objektit, sipërfaqja e objektit dhe këndi i formuar nga rrezet e diellit me një vijë pingule me sipërfaqen e objektit.
Informacione:
Q/t = shkalla e thithjes së nxehtësisë, 1000 W/m2 = konstantja diellore, e = emisiviteti i objektit, A = sipërfaqja e objektit, θ = këndi i formuar nga rrezet e diellit me vija pingule me sipërfaqen e objektit,
A cos θ = zona efektive (sipërfaqja përbërëse e objekteve pingule me rrezet e diellit)
Gjatë ditës, rrezet e diellit janë paralele ose përkojnë me një vijë pingule me sipërfaqen e tokës (këndi i formuar = 0).
Më e ulëta e formuar = 0 o , prandaj, shkalla e thithjes së nxehtësisë është:
Shkalla e thithjes së nxehtësisë (Q/t) është maksimale nëse këndi i formuar nga rrezet e diellit me një vijë pingule me sipërfaqen e tokës = 0 o (cos 0 = 1). Zakonisht, kjo ndodh gjatë ditës, ku dielli është pingul me sipërfaqen e tokës. Pra, nuk ka nevojë të habiteni nëse drita e ditës është më e nxehtë se mëngjesi ose mbrëmja. Në mëngjes dhe në mbrëmje, këndi i krijuar është afër 90 o.
Nëse këndi i formuar është 80 ° , atëherë shkalla e thithjes së nxehtësisë është:
Shkalla e thithjes së nxehtësisë (Q/t) në mëngjes dhe në mbrëmje është minimale sepse cos θ është afër zeros. Sa më i vogël të jetë cos θ, aq më e vogël është shkalla e thithjes së nxehtësisë.
Në perëndimin e diellit në horizontin perëndimor ose gati për t’u ngritur në horizontin lindor, këndi i krijuar = 90 °.
Meqenëse këndi i formuar është 90 ° , shkalla e thithjes së nxehtësisë është:
Shkalla e thithjes së nxehtësisë (Q/t) në perëndim të diellit ose gati në lindje = 0.
