Bạn sẽ cảm thấy thế nào nếu mặc quần áo đen vào một ngày nóng hoặc khi tập thể dục ban ngày? So sánh với khi bạn mặc quần áo trắng? Nếu mặc quần áo đen vào ban ngày, bạn sẽ dễ cảm thấy nóng. Tại sao lại như vậy? Khoảng cách giữa mặt trời và trái đất vào buổi sáng gần như giống với khoảng cách giữa mặt trời và trái đất vào buổi trưa và buổi tối. Vậy tại sao buổi sáng và buổi tối lại mát hơn, còn buổi chiều lại nóng hơn? Câu trả lời cho những câu hỏi này liên quan đến sự truyền nhiệt bằng bức xạ.
Truyền nhiệt bằng bức xạ là truyền nhiệt dưới dạng sóng điện từ. Ví dụ về truyền nhiệt bằng bức xạ là hơi ấm cơ thể bạn khi ở gần bếp lò và sự truyền nhiệt từ mặt trời xuống trái đất. Mặt trời có suhu Nhiệt độ trên Mặt Trời cao hơn (khoảng 6000 Kelvin), trong khi Trái Đất có nhiệt độ thấp hơn. Sự chênh lệch nhiệt độ giữa Mặt Trời và Trái Đất gây ra caloric Sự truyền nhiệt diễn ra từ Mặt Trời (nhiệt độ cao hơn) đến Trái Đất (nhiệt độ thấp hơn). Nếu sự truyền nhiệt từ Mặt Trời đến Trái Đất cần một môi trường trung gian, giống như truyền nhiệt bằng dẫn nhiệt và đối lưu, thì nhiệt không thể đến được Trái Đất; nó sẽ phải đi qua chân không (hoặc gần như chân không). Nếu không có sự đóng góp nhiệt từ Mặt Trời, thì sự sống trên Trái Đất sẽ không bao giờ tồn tại vì sự sống cần năng lượng.
Một ví dụ khác về truyền nhiệt bằng bức xạ là cảm giác nóng mà chúng ta cảm nhận được khi ở gần ngọn lửa. Cảm giác nóng này không phải do không khí bị quá nóng bởi ngọn lửa. Như đã giải thích trước đó, không khí nóng giãn nở, làm giảm mật độ của nó. Kết quả là, không khí có mật độ giảm sẽ di chuyển theo chiều dọc lên trên, chứ không phải theo chiều ngang về phía chúng ta. Cơ thể chúng ta cảm thấy ấm hoặc nóng khi ở gần ngọn lửa vì nhiệt được truyền bằng bức xạ từ ngọn lửa (nhiệt độ cao hơn) đến cơ thể chúng ta (nhiệt độ thấp hơn).
Sự truyền nhiệt bằng bức xạ hơi khác so với truyền nhiệt bằng dẫn nhiệt dan truyền nhiệt bằng đối lưuSự truyền nhiệt bằng dẫn nhiệt và đối lưu xảy ra khi các vật thể có nhiệt độ khác nhau tiếp xúc với nhau. Ngược lại, sự truyền nhiệt bằng bức xạ có thể xảy ra mà không cần tiếp xúc.
Công thức truyền nhiệt bức xạ
Tốc độ truyền nhiệt bằng bức xạ được xác định là tỷ lệ thuận với diện tích bề mặt của vật thể và lũy thừa bậc bốn của nhiệt độ tuyệt đối của nó (trên thang Kelvin). Các vật thể có diện tích bề mặt lớn hơn có tốc độ truyền nhiệt cao hơn các vật thể có diện tích bề mặt nhỏ hơn. Tương tự, một vật thể ở 2000 Kelvin, chẳng hạn, có tốc độ truyền nhiệt là 2.4 = Lớn hơn 16 lần so với nhiệt độ của một vật thể ở 1000 Kelvin. Kết quả này được Josef Stefan phát hiện vào năm 1879 và được Ludwig Boltzmann chứng minh về mặt lý thuyết khoảng 5 năm sau đó.
Mô tả: Q = Nhiệt lượng, t = thời gian, A = Diện tích bề mặt của vật thể (m²)2), T = Nhiệt độ tuyệt đối của vật thể (K), e = Hệ số phát xạ (một số không thứ nguyên có giá trị từ 0 đến 1), 5,67 x 10-8 W / m2.K4 (Hằng số phổ quát. Còn được gọi là hằng số Stefan-Boltzmann), Q/t = tốc độ truyền nhiệt bằng bức xạ hoặc tốc độ bức xạ năng lượng
Các vật thể có bề mặt tối màu (đen) có hệ số phát xạ gần bằng 1, trong khi các vật thể sáng màu có hệ số phát xạ gần bằng 0. Hệ số phát xạ càng lớn (e càng gần 1), tốc độ tỏa nhiệt của vật thể càng cao. Ngược lại, hệ số phát xạ càng nhỏ (e càng gần 0), tốc độ tỏa nhiệt càng thấp. Ta có thể nói rằng các vật thể tối màu (đen) thường tỏa nhiệt nhiều hơn các vật thể sáng màu (trắng).
Độ lớn của hệ số phát xạ không chỉ quyết định khả năng phát nhiệt của một vật mà còn cả khả năng hấp thụ nhiệt từ các vật khác. Các vật có hệ số phát xạ gần bằng 1 (vật tối màu) hấp thụ gần như toàn bộ nhiệt lượng phát ra. Chỉ một phần nhỏ được phản xạ lại. Ngược lại, các vật có hệ số phát xạ gần bằng 0 (vật sáng màu) hấp thụ rất ít nhiệt lượng phát ra. Hầu hết nhiệt lượng được vật phản xạ lại. Các vật hấp thụ toàn bộ nhiệt lượng phát ra có hệ số phát xạ bằng 1. Loại vật này được gọi là "vật đen". Thuật ngữ vật đen không mô tả một vật có màu đen mà mô tả khả năng hấp thụ toàn bộ nhiệt lượng phát ra của một vật.
