في الفراغ، تنتقل الحرارة في المقام الأول من خلال الإشعاع. وينطوي هذا النمط من انتقال الحرارة على انبعاث موجات كهرومغناطيسية يمكنها الانتقال عبر الفضاء الفارغ دون الحاجة إلى وسط. وعلى عكس التوصيل والحمل الحراري، اللذين يتطلبان وجود وسط مادي، يمكن للإشعاع أن ينقل الحرارة بفعالية عبر مسافات شاسعة في الفضاء.
شرح انتقال الحرارة بالإشعاع:
يحدث انتقال الحرارة بالإشعاع عندما تنبعث الطاقة الحرارية من جسم ما على شكل موجات كهرومغناطيسية، على شكل أشعة تحت الحمراء بشكل أساسي. تنقل هذه الموجات الطاقة من المصدر إلى أي جسم مستقبل لها. ولا يعتمد انتقال الحرارة من خلال الإشعاع على وجود وسط؛ إذ يمكن أن يحدث في الفراغ، ما يجعله الطريقة الأساسية لانتقال الحرارة في الفضاء. على سبيل المثال، تصل الحرارة الصادرة من الشمس إلى الأرض عبر الفضاء، الذي هو عبارة عن فراغ، عن طريق الإشعاع.التمثيل الرياضي لانتقال الحرارة بالإشعاع:
- يتناسب معدل انتقال الحرارة عن طريق الإشعاع مع الأس الرابع لدرجة الحرارة المطلقة للجسم الباعث للحرارة. وتوصف هذه العلاقة بقانون ستيفان-بولتزمان، الذي يمكن تمثيله رياضياً على النحو التالي: (e = C (T/100)^4)، حيث (e) هي سعة انتقال الحرارة، و(C) هو ثابت الإشعاع، و(T) هي درجة الحرارة المطلقة بالكلفن. تبرز هذه المعادلة أن معدل انتقال الحرارة بالإشعاع يزداد بسرعة مع ارتفاع درجة الحرارة.مقارنة مع أنماط انتقال الحرارة الأخرى:
- التوصيل ينطوي على انتقال الحرارة عبر وسط صلب من جزيء إلى آخر دون أي حركة ملحوظة للمادة العيانية. وهذا النمط من انتقال الحرارة شائع في المواد الصلبة لكنه لا يحدث في الفراغ.
الحمل الحراري يتضمن انتقال الحرارة من خلال حركة السوائل (السوائل أو الغازات). هذا النمط شائع في انتقال الحرارة في الغلاف الجوي والمحيطات ولكنه لا ينطبق في الفراغ حيث لا يوجد مائع للتحرك.
أمثلة عملية:
في التطبيقات الصناعية، مثل أفران التفريغ، تنتقل الحرارة من خلال الإشعاع. هذه الأفران مصممة لتسخين المواد في بيئة فراغية لتجنب الأكسدة والتفاعلات الجوية الأخرى. يتم نقل الحرارة في هذه الأفران من خلال الإشعاع فقط، وهو فعال ويمكن التحكم فيه.
