Sıcak bir günde veya gün içinde egzersiz yaparken siyah kıyafet giydiğinizde nasıl hissedersiniz? Beyaz kıyafet giydiğiniz zamankiyle karşılaştırın. Gün içinde siyah kıyafet giyerseniz, kolayca sıcak hissedersiniz. Bunun nedeni nedir? Sabah saatlerinde güneş ile dünya arasındaki mesafe, öğlen ve akşam saatlerindeki mesafeyle neredeyse aynıdır. Peki neden sabah ve akşam daha serin, öğleden sonra ise daha sıcaktır? Bu soruların cevabı, radyasyon yoluyla ısı transferiyle ilgilidir.
Radyasyonla ısı transferi, elektromanyetik dalgalar şeklinde ısı transferidir . Radyasyonla ısı transferine örnek olarak, bir sobanın yakınındayken vücudunuzun hissettiği sıcaklık ve güneşten dünyaya ısı transferi verilebilir. Güneşin sıcaklığı daha yüksektir (yaklaşık 6000 Kelvin), dünyanın sıcaklığı ise daha düşüktür. Güneş ve dünya arasındaki bu sıcaklık farkı, ısının güneşten (yüksek sıcaklık) dünyaya (düşük sıcaklık) doğru hareket etmesine neden olur. Eğer güneşten dünyaya ısı transferi, iletim ve konveksiyon yoluyla ısı transferinde olduğu gibi bir aracı veya ortam gerektirseydi, ısı dünyaya ulaşamazdı; vakumdan (veya neredeyse vakumdan) geçmek zorunda kalırdı. Güneşin ısı kaynağı olmadan, dünyada yaşam var olamazdı, çünkü yaşam enerji gerektirir.
Radyasyon yoluyla ısı transferine bir başka örnek de alevin yakınındayken hissettiğimiz ısıdır. Hissettiğimiz ısı, alevin havayı aşırı ısıtmasından kaynaklanmaz. Daha önce açıklandığı gibi, sıcak hava genleşir ve yoğunluğunu azaltır. Sonuç olarak, yoğunluğu azalan hava yatay olarak bize doğru değil, dikey olarak yukarı doğru hareket eder. Alevin yakınındayken vücudumuzun sıcak veya ılık hissetmesinin nedeni, ısının radyasyon yoluyla alevden (daha yüksek sıcaklık) vücudumuza (daha düşük sıcaklık) aktarılmasıdır.
Radyasyon yoluyla ısı transferi, iletim ve konveksiyon yoluyla ısı transferinden biraz farklıdır . İletim ve konveksiyon yoluyla ısı transferi, farklı sıcaklıklardaki nesnelerin temas etmesiyle gerçekleşir. Buna karşılık, radyasyon yoluyla ısı transferi temas olmadan da gerçekleşebilir.
Radyasyon ısı transferi formülü
Radyasyon yoluyla ısı transfer hızının, cismin yüzey alanı ve cismin mutlak sıcaklığının (Kelvin ölçeği) dördüncü kuvvetiyle orantılı olduğu bulunmuştur. Daha büyük yüzey alanına sahip cisimler, daha küçük yüzey alanına sahip cisimlere göre daha yüksek ısı transfer hızına sahiptir. Benzer şekilde, örneğin 2000 Kelvin'deki bir cismin ısı transfer hızı, 1000 Kelvin'deki bir cismin ısı transfer hızından 2⁴ = 16 kat daha fazladır. Bu sonuç, 1879'da Josef Stefan tarafından keşfedilmiş ve yaklaşık 5 yıl sonra Ludwig Boltzmann tarafından teorik olarak türetilmiştir.
Açıklama: Q = Isı, t = zaman, A = Nesnenin yüzey alanı (m²)2), T = Nesnenin mutlak sıcaklığı (K), e = Emisyon katsayısı (değeri 0 ile 1 arasında değişen boyutsuz bir sayı), 5,67 x 10-8 W / m2.K4 (Evrensel sabit. Stefan-Boltzmann sabiti olarak da adlandırılır), Q/t = radyasyon yoluyla ısı transfer hızı veya enerji radyasyon hızı
Koyu yüzeyli (siyah) nesnelerin yayım katsayısı 1'e yakınken, açık renkli nesnelerin yayım katsayısı 0'a yakındır. Bir nesnenin yayım katsayısı ne kadar yüksekse (e 1'e yakınsa), nesnenin yaydığı ısı miktarı da o kadar yüksek olur. Tersine, bir nesnenin yayım katsayısı ne kadar düşükse (e 0'a yakınsa), yaydığı ısı miktarı da o kadar düşük olur. Dolayısıyla, koyu renkli nesnelerin (siyah) genellikle açık renkli nesnelere (beyaz) göre daha fazla ısı yaydığını söyleyebiliriz.
Emisyon katsayısının büyüklüğü, bir cismin yalnızca ısı yayma yeteneğini değil, aynı zamanda diğer cisimler tarafından yayılan ısıyı emme yeteneğini de belirler. Emisyon katsayısı 1'e yakın olan cisimler (koyu renkli cisimler), kendilerine yayılan ısının neredeyse tamamını emer. Sadece küçük bir kısmı yansıtılır. Tersine, emisyon katsayısı 0'a yakın olan cisimler (açık renkli cisimler), kendilerine yayılan ısının çok azını emer. Isının çoğu cisim tarafından yansıtılır. Kendilerine yayılan tüm ısıyı emen cisimlerin emisyon katsayısı = 1'dir. Bu tür cisimler "kara cisim" olarak bilinir. Kara cisim terimi, siyah bir cismi değil, bir cismin kendisine yayılan tüm ısıyı emme yeteneğini tanımlar.
