Uhamisho wa joto kwa mionzi

1. Ufafanuzi wa uhamishaji wa joto kwa mionzi

Unajisikiaje ukivaa nguo nyeusi siku yenye joto, au unafanya mazoezi lini mchana? Linganisha na unapovaa nguo nyeupe? Ukivaa nguo nyeusi mchana, basi unahisi joto. Kwa nini? Umbali kati ya jua na dunia asubuhi ni sawa na umbali kati ya jua na dunia mchana na jioni. Basi kwa nini asubuhi na jioni huwa baridi zaidi, joto zaidi mchana? Majibu ya maswali haya yanahusiana na uhamishaji wa joto na mionzi.

Uhamisho wa joto kwa mionzi ni uhamisho wa joto katika mfumo wa mawimbi ya sumakuumeme. Mifano ya uhamisho wa joto kwa mionzi ni joto la mwili wako unapokuwa karibu na tanuru na uhamisho wa joto kutoka juani hadi duniani. Jua lina halijoto ya juu zaidi (karibu 6000 Kelvin), huku dunia ikiwa na halijoto ya chini. Tofauti ya halijoto kati ya jua na dunia husababisha joto kuhama kutoka juani (halijoto ya juu) hadi duniani (halijoto ya chini). Ikiwa uhamisho wa joto kutoka juani hadi duniani unahitaji mpatanishi au wa kati, kwani uhamisho wa joto kwa upitishaji na msongamano, joto haliwezi kufika duniani; joto lazima lipite kwenye ombwe (au karibu tupu). Ikiwa hakuna joto kutoka juani, uhai duniani hautakuwepo kamwe kwa sababu uhai unahitaji nishati kutoka juani.

Mfano mwingine wa uhamishaji wa joto kwa mionzi ni joto linalohisiwa tunapokuwa karibu na mwali. Joto tunalohisi halisababishwi na hewa yenye joto kupita kiasi kutokana na mwali. Kama ilivyoelezwa hapo awali, hewa ya moto itapanuka ili msongamano upungue. Matokeo yake, hewa yenye msongamano mdogo husogea juu kwa wima, bila kusogea mlalo kuelekea kwetu. Mwili wetu unahisi joto au moto unapokuwa karibu na mwali kwa sababu joto husogea kwa njia ya mionzi kutoka kwa mwali (joto la juu) hadi kwenye miili yetu (joto la chini).

Uhamisho wa joto kwa kutumia mionzi ni tofauti kidogo ikilinganishwa na uhamisho wa joto kwa kutumia upitishaji na msongamano. Uhamisho wa joto kwa kutumia upitishaji na msongamano hutokea wakati vitu vyenye tofauti za halijoto vinapogusana. Kwa upande mwingine, uhamisho wa joto kwa kutumia mionzi unaweza kutokea bila kugusana.

2. Mlinganyo wa uhamishaji wa joto kwa mionzi

Kiwango cha uhamishaji wa joto kwa mionzi ni sawia na eneo la kitu na halijoto kamili (Kelvin Scale) ya kitu. Vitu vyenye eneo kubwa la uso vina kiwango cha juu cha uhamishaji wa joto kuliko vitu vyenye eneo dogo la uso.

Vile vile, vitu vyenye halijoto ya Kelvin 2000, kwa mfano, vina kiwango cha uhamishaji joto cha 24 ⁼ mara 16 zaidi ya vitu vyenye halijoto ya Kelvin 1000. Matokeo haya yaligunduliwa na Josef Stefan mwaka wa 1879 na yalitokana na kinadharia na Ludwig Boltzmann yapata miaka mitano baadaye.

Q = joto, t = wakati, A = eneo la uso wa kitu (m ² ), T = halijoto kamili ya kitu (K) e = utoaji wa hewa (nambari isiyo na kipimo ambayo ukubwa wake ni kati ya 0 hadi 1), σ = 5.67 x 10 ^-8 W/m ² .K ⁴ (Kigezo cha jumla. Pia hujulikana kama kigezo cha Stefan-Boltzmann), Q/t = kiwango cha uhamishaji wa joto na mionzi

Vitu vyenye nyuso nyeusi (nyeusi) vina uhamishaji karibu na 1, huku vitu vyenye rangi nyepesi vikiwa na uhamishaji karibu na 0. Kadiri uhamishaji wa kitu (e inavyokaribia 1), ndivyo kiwango cha joto kinachotolewa na kitu kinavyokuwa kikubwa. Kinyume chake, uhamishaji mdogo wa kitu (e inavyokaribia 0), ndivyo kiwango cha joto kinachotolewa kinavyokuwa kidogo. Tunaweza kusema kwamba vitu vyenye rangi nyeusi (nyeusi) kwa kawaida hutoa joto zaidi kuliko vitu vyenye rangi nyepesi (nyeupe).

Kiasi cha utoaji wa joto hakiamui tu uwezo wa kitu kutoa joto, bali pia uwezo wa kitu kunyonya joto linalotolewa na vitu vingine. Vitu vyenye utoaji wa joto karibu na 1 (vitu vyenye rangi nyeusi) hunyonya karibu joto lote linalotolewa juu yake. Ni sehemu ndogo tu inayoakisiwa. Kinyume chake, vitu vyenye utoaji wa joto karibu na 0 (vitu vyenye rangi nyepesi) hunyonya joto kidogo linalotolewa juu yake. Joto kubwa huakisiwa na kitu hicho. Kitu kinachonyonya joto lote linalotolewa juu yake kina utoaji wa joto = 1. Aina hii ya kitu inajulikana kama "kitu cheusi." Neno kitu cheusi halielezi kwamba vitu ni vyeusi, lakini linaelezea uwezo wa vitu kunyonya joto lote linalotolewa juu yake.

3. Kiwango cha joto kinachotolewa na jua

Kulingana na hesabu (kulingana na uhalisia), iligundulika kuwa kulikuwa na joto la Jouli 1350 kwa sekunde kwa kila mita ya mraba lililohama kutoka jua hadi duniani. Siku angavu (bila mawingu), kuna joto la Jouli 1000 kwa sekunde kwa kila mita ya mraba linalofika kwenye uso wa dunia. Siku yenye jua kali (mawingu mengi), karibu 70% ya joto hufyonzwa na angahewa ya dunia, ni 30% tu ya joto hufika kwenye uso wa dunia. Ukubwa wa joto unaotoweka katika angahewa ya dunia unategemea mawingu mengi au machache. Kiasi cha joto cha Jouli 1350 kwa sekunde kwa kila mita ya mraba kinajulikana kama kigezo cha jua . Kwa sababu Jouli kwa sekunde (J/s) = Wati, basi tunaweza kuandika upya kigezo cha jua hadi Wati 1350 kwa kila mita ya mraba = 1350 W/ ^m2

Joto linalotolewa na jua linapofika kwenye uso wa dunia, joto hufyonzwa na dunia na vitu vilivyo juu ya uso wa dunia. Kiwango cha kunyonya joto hutegemea kiwango cha kutoa (e) cha kitu, eneo la uso wa kitu na pembe inayoundwa na mwanga wa jua yenye mstari ulio sawa na uso wa kitu.

Habari:
Q/t = kiwango cha kunyonya joto, 1000 W/m2² = kigezo cha jua, e = utoaji wa kitu, A = eneo la uso wa kitu, θ = pembe iliyoundwa na mwanga wa jua na mistari iliyo sawa na uso wa kitu,

A cos θ = eneo lenye ufanisi (eneo la uso wa vitu linalolingana na mwanga wa jua)

Wakati wa mchana, miale ya jua hulingana au sanjari na mstari ulio sawa na uso wa dunia (pembe iliyoundwa = 0).

Kiwango cha chini kilichoundwa = 0 ^o , kwa hivyo, kiwango cha kunyonya joto ni:

Kiwango cha kunyonya joto (Q/t) ni cha juu zaidi ikiwa pembe inayoundwa na mwanga wa jua yenye mstari ulio sawa na uso wa dunia = 0 ^o (cos 0 = 1). Kwa kawaida, hii hutokea wakati wa mchana, ambapo jua huwa sawa na uso wa dunia. Kwa hivyo, hakuna haja ya kushangaa ikiwa mwanga wa jua ni wa joto zaidi kuliko asubuhi au jioni. Asubuhi na jioni, pembe inayoundwa ni karibu 90 ^o.

Ikiwa pembe inayoundwa ni 80 ^o , basi kiwango cha kunyonya joto ni:

Kiwango cha kunyonya joto (Q/t) asubuhi na jioni ni cha chini kabisa kwa sababu cos θ iko karibu na sifuri. Kadiri cos θ inavyokuwa ndogo, ndivyo kiwango cha kunyonya joto kinavyokuwa kidogo.

Wakati wa machweo kwenye upeo wa magharibi au karibu kuinuka kwenye upeo wa mashariki, pembe iliundwa = 90 ^o.

Kwa sababu pembe inayoundwa ni 90 ^o , kiwango cha kunyonya joto ni:

Kiwango cha kunyonya joto (Q/t) wakati wa machweo au karibu kupanda = 0.