Како се осећате када носите црну одећу током врућег дана или када вежбате током дана? Упоредите то са тим када носите белу одећу? Ако носите црну одећу током дана, лако ћете се осећати вруће. Зашто је то тако? Удаљеност између Сунца и Земље ујутру је скоро иста као и удаљеност између Сунца и Земље у подне и увече. Па зашто су јутро и вече хладнији, а поподне топлији? Одговор на ова питања повезан је са преносом топлоте зрачењем.
Пренос топлоте зрачењем је пренос топлоте у облику електромагнетних таласа. Примери преноса топлоте зрачењем укључују топлину коју ваше тело осећа када сте близу шпорета и пренос топлоте са Сунца на Земљу. Сунце има вишу температуру (око 6000 Келвина), док Земља има нижу температуру. Ова температурна разлика између Сунца и Земље узрокује да се топлота креће са Сунца (виша температура) на Земљу (нижа температура). Ако би пренос топлоте са Сунца на Земљу захтевао посредника или медијум, као што је то случај са преносом топлоте проводљивошћу и конвекцијом, онда топлота не би стигла до Земље; морала би да прође кроз вакуум (или скоро тако). Без сунчевог снабдевања топлотом, живот на Земљи не би постојао, јер живот захтева енергију.
Још један пример преноса топлоте зрачењем је топлота коју осећамо када смо близу пламена. Топлота коју осећамо није узрокована прегревањем ваздуха пламеном. Као што је претходно објашњено, врућ ваздух се шири, смањујући своју густину. Као резултат тога, ваздух са смањеном густином се креће вертикално нагоре, а не хоризонтално према нама. Наша тела се осећају топло или вруће када смо близу пламена, јер се топлота преноси зрачењем са пламена (виша температура) на наша тела (нижа температура).
Пренос топлоте зрачењем се мало разликује од преноса топлоте проводљивошћу и конвекцијом . Пренос топлоте проводљивошћу и конвекцијом се дешава када објекти различитих температура дођу у контакт. Насупрот томе, пренос топлоте зрачењем може се догодити без контакта.
Формула за пренос топлоте зрачењем
Утврђено је да је брзина преноса топлоте зрачењем пропорционална површини објекта и четвртом степену апсолутне температуре објекта (Келвинова скала). Објекти са већом површином имају већу брзину преноса топлоте од објеката са мањом површином. Слично томе, објекат на 2000 Келвина, на пример, има брзину преноса топлоте 2 4 = 16 пута већу од објекта на 1000 Келвина. Овај резултат је открио Јозеф Штефан 1879. године, а теоретски га је извео Лудвиг Болцман око 5 година касније.
Опис: Q = Топлота, t = време, A = Површина објекта (м²2), T = Апсолутна температура објекта (K), e = Емисивност (бездимензионални број чија се вредност креће од 0 до 1), 5,67 x 10-8 В / м2.K4 (Универзална константа. Такође се назива Стефан-Болцманова константа), Q/t = брзина преноса топлоте зрачењем или брзина зрачења енергије
Објекти са тамним површинама (црни) имају емисивност близу 1, док објекти светле боје имају емисивност близу 0. Што је већа емисивност објекта (e близу 1), већа је брзина топлоте коју емитује објекат. Супротно томе, што је мања емисивност објекта (e близу 0), мања је брзина емитоване топлоте. Можемо рећи да објекти тамне боје (црни) обично емитују више топлоте од објеката светле боје (бели).
Величина емисивности не одређује само способност објекта да емитује топлоту, већ и способност објекта да апсорбује топлоту коју емитују други објекти. Објекти са емисивношћу близу 1 (тамни објекти) апсорбују скоро сву топлоту која се емитује на њих. Само мали део се рефлектује. Насупрот томе, објекти са емисивношћу близу 0 (светли објекти) апсорбују мало топлоте која се емитује на њих. Већину топлоте рефлектује објекат. Објекти који апсорбују сву топлоту која се емитује на њих имају емисивност = 1. Ова врста објекта је позната као „црно тело“. Термин црно тело не описује објекат који је црн, већ описује способност објекта да апсорбује сву топлоту која се емитује на њега.
