1. Radiatsiya orqali issiqlik uzatishning ta'rifi
Issiq kunda qora kiyim kiysangiz yoki kunduzi qachon mashq qilsangiz, o'zingizni qanday his qilasiz? Oq kiyim kiyganingiz bilan solishtiring? Agar kunduzi qora kiyim kiysangiz, o'zingizni issiq his qilasiz. Nima uchun? Ertalab quyosh bilan Yer orasidagi masofa kunduzi va kechqurun quyosh bilan Yer orasidagi masofaga deyarli bir xil. Unda nima uchun ertalab va kechqurun kunduzi salqinroq, issiqroq bo'ladi? Bu savollarga javoblar nurlanish orqali issiqlik uzatish bilan bog'liq.
Radiatsiya orqali issiqlik uzatish elektromagnit to'lqinlar ko'rinishidagi issiqlik uzatishdir. Radiatsiya orqali issiqlik uzatishga misollar sifatida siz pech yaqinida bo'lganingizda tanangizning isishi va quyoshdan Yerga issiqlik uzatishni keltirish mumkin. Quyoshning harorati yuqoriroq (taxminan 6000 Kelvin), Yerning harorati esa pastroq. Quyosh va Yer o'rtasidagi harorat farqi issiqlikning quyoshdan (yuqori harorat) Yerga (past harorat) o'tishiga olib keladi. Agar quyoshdan Yerga issiqlik uzatish uchun vositachi yoki muhit kerak bo'lsa, issiqlik o'tkazuvchanlik va konveksiya orqali uzatilishi sababli, issiqlik Yerga yetib bora olmaydi; issiqlik vakuum (yoki deyarli bo'sh) orqali o'tishi kerak. Agar quyoshdan issiqlik bo'lmasa, Yerda hayot hech qachon mavjud bo'lmaydi, chunki hayot quyoshdan energiya talab qiladi.
Radiatsiya orqali issiqlik uzatilishining yana bir misoli - bu alanga yaqinida seziladigan issiqlik. Biz sezadigan issiqlik alanga tufayli qizib ketgan havo tufayli yuzaga kelmaydi. Avval tushuntirilganidek, issiq havo kengayadi va zichlik pasayadi. Natijada, zichligi pasaygan havo gorizontal ravishda bizga qarab harakatlanmasdan, vertikal ravishda yuqoriga siljiydi. Tanamiz alanga yaqinida issiq yoki issiq his qiladi, chunki issiqlik alangadan (yuqori harorat) tanamizga (past harorat) nurlanish orqali o'tadi.
Radiatsiya orqali issiqlik uzatish o'tkazuvchanlik va konveksiya orqali issiqlik uzatishdan biroz farq qiladi. O'tkazuvchanlik va konveksiya orqali issiqlik uzatish harorat farqiga ega bo'lgan jismlar bir-biriga tegib ketganda sodir bo'ladi. Boshqa tomondan, nurlanish orqali issiqlik uzatish teginmasdan ham sodir bo'lishi mumkin.
2. Radiatsiya orqali issiqlik uzatish tenglamasi
Radiatsiya orqali issiqlik uzatish tezligi obyektning maydoni va obyektning absolyut harorati (Kelvin shkalasi) bilan mutanosibdir. Sirt maydoni kattaroq obyektlar kichikroq sirt maydoniga ega obyektlarga qaraganda yuqori issiqlik uzatish tezligiga ega.
Xuddi shunday, masalan, 2000 Kelvin haroratiga ega jismlarning issiqlik uzatish tezligi 2 4 = 1000 Kelvin haroratiga ega jismlarga qaraganda 16 baravar yuqori. Bu natija Jozef Stefan tomonidan 1879-yilda kashf etilgan va nazariy jihatdan taxminan besh yildan so'ng Lyudvig Boltzmann tomonidan olingan.
Q = issiqlik, t = vaqt, A = ob'ektning sirt maydoni (m2 ) , T = ob'ektning absolyut harorati (K) e = emissiya (o'lchami 0 dan 1 gacha bo'lgan o'lchovsiz son), σ = 5.67 x 10 -8 Vt /m2.K4 ( Universal doimiy. Stefan-Boltsman doimiysi deb ham ataladi), Q/t = nurlanish orqali issiqlik uzatish tezligi
To'q rangli (qora) sirtli obyektlarning emissiyasi 1 ga yaqin, och rangli obyektlarning emissiyasi esa 0 ga yaqin. Ob'ektning emissiyasi qanchalik katta bo'lsa (e 1 ga yaqinlashsa), obyekt tomonidan chiqariladigan issiqlik tezligi shuncha yuqori bo'ladi. Aksincha, obyektning emissiyasi qanchalik kichik bo'lsa (e 0 ga yaqinlashsa), chiqariladigan issiqlik tezligi shuncha kichik bo'ladi. Aytishimiz mumkinki, to'q rangli obyektlar (qora) odatda och rangli obyektlarga (oq) qaraganda ko'proq issiqlik chiqaradi.
Emissivlik miqdori nafaqat ob'ektning issiqlik chiqarish qobiliyatini, balki boshqa ob'ektlar chiqaradigan issiqlikni yutish qobiliyatini ham belgilaydi. Emissivligi 1 ga yaqin bo'lgan ob'ektlar (to'q rangli ob'ektlar) o'zlariga chiqarilgan deyarli barcha issiqlikni yutadi. Faqat kichik bir qismi aks etadi. Aksincha, emissivligi 0 ga yaqin bo'lgan ob'ektlar (och rangli ob'ektlar) o'zlariga chiqarilgan ozgina issiqlikni yutadi. Issiqlikning katta qismi ob'ekt tomonidan aks etadi. O'ziga chiqarilgan barcha issiqlikni yutgan ob'ektning emissivligi = 1 ga teng. Bu turdagi ob'ekt "qora ob'ekt" deb nomlanadi. "Qora ob'ekt" atamasi ob'ektlarning qora ekanligini tushuntirmaydi, balki ob'ektlarning o'zlariga chiqarilgan barcha issiqlikni yutish qobiliyatini tushuntiradi.
3. Quyosh chiqaradigan issiqlik tezligi
Hisob-kitoblarga asoslanib (haqiqatga ko'ra), Quyoshdan Yerga o'tgan har kvadrat metrga sekundiga 1350 Joul issiqlik borligi aniqlandi. Yorqin kunda (bulutlar yo'q), Yer yuzasiga har kvadrat metrga sekundiga 1000 Joul issiqlik keladi. Quyoshli kunda (ko'p bulutlar), issiqlikning taxminan 70% Yer atmosferasi tomonidan yutiladi, issiqlikning atigi 30% Yer yuzasiga keladi. Yer atmosferasida yo'qoladigan issiqlikning kattaligi ko'p yoki oz bulutlarga bog'liq. Har kvadrat metrga sekundiga 1350 Joul issiqlik miqdori quyosh doimiysi deb nomlanadi. Sekundiga Joul (J/s) = Vatt bo'lgani uchun, quyosh doimiysini har kvadrat metrga 1350 Vatt = 1350 Vt/m2 ga qayta yozishimiz mumkin.
Quyosh chiqaradigan issiqlik Yer yuzasiga yetganda, issiqlik Yer va Yer yuzasidagi narsalar tomonidan yutiladi. Issiqlik yutilish tezligi obyektning emissiyasiga (e), obyektning sirt maydoniga va obyekt yuzasiga perpendikulyar chiziq bilan quyosh nuri hosil qilgan burchakka bog'liq.
ma'lumot:
Q/t = issiqlik yutish tezligi, 1000 Vt/m2 = quyosh doimiysi, e = ob'ektning emissiyasi, A = ob'ektning sirt maydoni, θ = ob'ekt yuzasiga perpendikulyar chiziqlar bilan quyosh nuri hosil qilgan burchak,
A cos θ = samarali maydon (quyosh nuriga perpendikulyar bo'lgan ob'ektlarning komponent sirt maydoni)
Kunduzi quyosh nurlari yer yuzasiga perpendikulyar bo'lgan chiziqqa parallel yoki mos keladi (hosil bo'lgan burchak = 0).
Pastki hosil bo'lgan = 0 o , shuning uchun issiqlik yutish tezligi quyidagicha:
Issiqlik yutilish tezligi (Q/t) quyosh nuri Yer yuzasiga perpendikulyar chiziq bilan hosil qilgan burchak = 0 o (cos 0 = 1) bo'lsa, maksimal bo'ladi. Odatda, bu kunduzgi vaqtda, quyosh Yer yuzasiga perpendikulyar bo'lgan paytda sodir bo'ladi. Shuning uchun, kunduzgi yorug'lik ertalab yoki kechqurunga qaraganda issiqroq bo'lsa, ajablanishga hojat yo'q. Ertalab va kechqurun hosil bo'lgan burchak 90 o ga yaqin.
Agar hosil bo'lgan burchak 80 o bo'lsa , u holda issiqlik yutish tezligi quyidagicha bo'ladi:
Ertalab va kechqurun issiqlik yutilish tezligi (Q/t) minimal, chunki cos θ nolga yaqin. Cos θ qanchalik kichik bo'lsa, issiqlik yutilish tezligi shuncha kichik bo'ladi.
G'arbiy ufqda quyosh botganda yoki sharqiy ufqda ko'tarilish arafasida, hosil bo'lgan burchak = 90 °.
Hosil bo'lgan burchak 90 o bo'lgani uchun issiqlik yutish tezligi quyidagicha:
Quyosh botganda yoki ko'tarilish arafasida issiqlikni yutish tezligi (Q/t) = 0.
