3 ตัวอย่างของการถ่ายเทความร้อนโดยการแผ่รังสี
1. อธิบายความหมายโดยยกตัวอย่างประกอบ การถ่ายเทความร้อนโดยการแผ่รังสี ?
การอภิปราย
การถ่ายเทความร้อนโดยการแผ่รังสี คือการถ่ายเทความร้อนในรูปของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ตัวอย่างของการถ่ายเทความร้อนโดยการแผ่รังสีคือการถ่ายเทความร้อนจากดวงอาทิตย์มายังโลก ระหว่างโลกกับดวงอาทิตย์เป็นสุญญากาศหรือเกือบเป็นสุญญากาศ ดังนั้นความร้อนที่มาจากดวงอาทิตย์ซึ่งมีอุณหภูมิสูงกว่า มายังโลกซึ่งมีอุณหภูมิต่ำกว่า จึงไม่สามารถผ่านสสารได้ แสงที่มาจากดวงอาทิตย์มายังโลกเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า เช่นเดียวกับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าอื่นๆ อีกหลายคลื่น ดังนั้นจึงสรุปได้ว่าความร้อนเคลื่อนที่จากดวงอาทิตย์มายังโลกในรูปของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า
2. ทำไมในวันที่อากาศร้อนจึงรู้สึกร้อนและอับชื้นเมื่อสวมเสื้อผ้าสีดำ? ถ้าเป็นเช่นนั้น ควรสวมเสื้อผ้าสีอะไรในวันที่อากาศร้อนจัดและในวันที่อากาศเย็นจัด?
การอภิปราย
แต่ละสีมีความสามารถในการดูดซับความร้อนจากวัตถุอื่นแตกต่างกัน สีดำดูดซับความร้อนเกือบทั้งหมด ในขณะที่สีขาวสะท้อนความร้อนเกือบทั้งหมด การสวมเสื้อผ้าสีดำในวันที่อากาศร้อนอาจทำให้ร่างกายรู้สึกร้อน เพราะสีดำดูดซับความร้อนจากแสงแดดหรืออากาศเกือบทั้งหมด
วัตถุที่มีพื้นผิวสีดำจะมีค่าการแผ่รังสีความร้อนใกล้เคียงกับ 1 ในขณะที่วัตถุสีขาวจะมีค่าการแผ่รังสีความร้อนใกล้เคียงกับ 0 ค่าการแผ่รังสีความร้อนจะมีค่าอยู่ระหว่าง 0 ถึง 1 ยิ่งค่าการแผ่รังสีความร้อนของวัตถุมีค่ามาก (e ใกล้เคียงกับ 1) วัตถุนั้นก็จะยิ่งแผ่รังสีหรือดูดซับความร้อนมากขึ้น ในทางกลับกัน ยิ่งค่าการแผ่รังสีความร้อนของวัตถุมีค่าน้อย (e ใกล้เคียงกับ 0) วัตถุนั้นก็จะยิ่งแผ่รังสีหรือดูดซับความร้อนน้อยลง
เมื่ออากาศร้อนจัด ควรสวมใส่เสื้อผ้าสีอ่อน (เช่น สีขาว) และเมื่ออากาศเย็นจัด ควรสวมใส่เสื้อผ้าสีเข้ม (เช่น สีดำ)
3. รัศมีของโลกเป็นที่ทราบกันว่ามีค่าเท่ากับ 149,6 x 10⁶ เมตร6 กิโลเมตร และค่าการแผ่รังสีของโลกคือ 0,95 จงประมาณอัตราการถ่ายเทความร้อนโดยการแผ่รังสีจากดวงอาทิตย์ไปยังพื้นผิวโลกในเวลากลางวันเมื่อดวงอาทิตย์อยู่ตรงศีรษะพอดี!
การอภิปราย
เป็นที่ทราบกันว่า:
รัศมีของโลก (r) = 149,6 x 10⁶6 กม. = 149,6 x 109 เมตร
พื้นที่ผิวโลก (A) = π r²2 = (3,14)(49,6 x 109 m)2 = (3,14)(2460,16 x 1018 m2) = 7725 x 1018 m2
ค่าการแผ่รังสีของโลก = 0,95
ถาม: อัตราการแผ่รังสีจากแสงอาทิตย์ (Q/t)
คำตอบ :
สูตรคำนวณอัตราการแผ่รังสีจากแสงอาทิตย์:
Q/t = (1000 W/m2) e A cos θ
ข้อสังเกต:
Q/t = อัตราการแผ่รังสีจากแสงอาทิตย์, 1000 วัตต์/ตารางเมตร2 = ค่าคงที่ของแสงอาทิตย์, e = ค่าการแผ่รังสี, A = พื้นที่ผิวของวัตถุ, θ = มุมที่เกิดขึ้นระหว่างรังสีของดวงอาทิตย์กับเส้นตั้งฉากกับพื้นผิวโลก
เมื่อดวงอาทิตย์อยู่ตรงศีรษะพอดี แสงอาทิตย์จะตั้งฉากกับพื้นผิวโลก เมื่อตั้งฉากกับพื้นผิวโลก แสงอาทิตย์จะทำมุม 0°o โดยมีเส้นปกติตั้งฉากกับพื้นผิวโลก
Q/t = (1000 W/m2) e A cos θ
Q/t = (1000 W/m2)(0,95)(7725 x 1018 m2)(cos 0o)
Q/t = (1000 W/m2)(0,95)(7725 x 1018 m2)(1)
Q/t = (1000 W/m2)(0,95)(7725 x 1018 m2)(1)
Q/t = 7.338.750 x 1018
Q/t = 7,34 x 1024 จูล/วินาที
