รถขาว รถดำ ตากแดด คันไหนร้อนกว่า คำนวณอย่างไร
โจทย์ฟิสิกส์นี้แม้ว่าจะมีคำเฉลยแบบง่ายๆว่า สีขาวสะท้อนความร้อนออกได้ดีกว่าสีดำและทำให้รถสีขาวร้อนน้อยกว่าสีดำ แต่ เชื่อไหมว่าถ้าจะหาคำตอบจริงๆมันจะไม่ง่ายเลย มันยากเสียจนนักสื่อสารวิทยาศาสตร์ใช้วิธี เออ เอาเครื่องวัดอุณหภูมิไปถ่ายแม่มให้ดูชัดๆง่ายกว่าจะอธิบายบนกระดาน แต่เวลาเราจะเอาวิดสิวะเกรียนมาใช้งาน มันจะอธิบายง่ายๆแค่สีขาวเย็นกว่ามันไม่ได้เพราะเราจะต้องคำนวณความร้อนสูญเสียเพื่อคำนวณแอร์ คำนวณเวลาทำความเย็น และพอคำนวณไป ไอ้ลูกน้องพ้มมันก็จะงงว่า ตามหลักการแผ่รังสีจะสีขาวสีดำมันควรอุณหภูมิกลางแดดเท่ากันนี่หว่า เอาละ ไหนๆถ้าเราจะต้องทำการสอนลูกน้อง เราก็ถือโอกาสมาเขียนบทความกันไปเลยก็แล้วกันว่า ไอ้โจทย์รถขาวรถดำตากแดด คำนวณจริงๆ มันยากขนาดไหน บทความนี้มั่นใจว่าจะไม่ป๊อป เพราะคำนวณเยอะ สมการมาก แต่ เชื่อเหอะว่าเรื่องนี้จบวิศวะมากส่วนใหญ่มันก็ไม่รู้หรอกว่าจริงๆการแผ่รังสีมันเป็นอย่างไร
สำหรับคนที่ยาวไปไม่อ่าน บทความนี้อธิบายเหตุผลที่รถสีขาวเย็นกว่ารถสีดำว่า
1. เพราะสีขาวดูดซับความร้อนน้อยกว่า มันเลยร้อนช้ากว่าสีดำ
2. เพราะอากาศมีการพาความร้อน ความร้อนเข้าน้อย อากาศรับความร้อนไปก็ทำให้เย็นได้เร็วกว่ากรณีความร้อนเข้ามาก
3. สีรถปัจจุบันออกแบบให้สะท้อนแสงอาทิตย์ได้มากแต่แผ่รังสีความร้อนได้ดีจึงร้อนยาก
ส่วนคนที่อยากจะคำนวณ ก็เลื่อนตามลงมา I will show you how deep is this rabbit hole
มาทำความเข้าใจว่าความเข้าใจเรื่องการแผ่รังสีจริงๆแล้วมันเป็นอย่างไร
อันดับแรก เรามารู้จักสมการการแผ่รังสีวัตถุมืดของสเตอฟาน โบลทซ์มัน Stefan–Boltzmann law ที่ว่า
j=σT⁴ --- (1)
สมการนี้อ่านว่า อัตราการแผ่รังสี มีค่าเท่ากับค่าคงที่ σ (5.67 x 10⁻⁸ W/m²K⁴) คูณอุณหภูมิพื้นผิวยกกำลัง 4
เวลาแสงแดดตกกระทบพื้นผิวใดๆ แสงแดดมีปริมาณความเข้มพลังงานเข้าสู่พื้นผิวที่ j = 1300 W/m²
อุณหภูมิที่จะทำให้มีการแผ่รังสีออกมาขนาด 1300 W/m² เอ้าเราย้ายข้างจัดสมการหา T= (j/σ) ⁰.²⁵ เราจะได้อุณหภูมิคือ 389 เคลวิน หรือราว 116 องศาเซลเซียส วัตถุจึงจะแผ่ความร้อนออกมาเท่านี้
ถ้าหากว่าเราเอาเหล็กแผ่นนึงพ่นสีดำสนิทไปวางตากแดด เหล็กแผ่นนี้มีพลังงานเข้า jᵢ =1300 W/m² มันก็ต้องแผ่รังสีออกที่ jₒ=1300 W/m² การแผ่รังสีออกสู่บรรยากาศ ก็คือ
jₒ=σ(Tᵢ⁴- Tₐ⁴) --- (2)
i incidence หมายถึงอุณหภูมิพื้นผิววัสดุที่แสงตกกระทบ ส่วน a ambience หมายถึงบรรยากาศ สมมุติอุณหภูมิบรรยากาศคือ Tₐ 30 องศาเซลเซียส แปลงเป็นเคลวินก็จะได้ 303.15 K แล้วด้วยการแทนค่าตัวเลข j, σ, Tₐ เราจะได้ Tᵢ = 421 K หรือ 148 องศาเซลเซียส
ตรงนี้ยังตรงไปตรงมาอยู่
แต่ถ้าหากว่าวัสดุนั้นมีการสะท้อนแสงล่ะ?
วัตถุสีดำมีค่าการดูดซับแสงสูง ก็มีค่าการแผ่รังสีที่สูง ส่วนวัตถุที่สะท้อนแสงดี มีค่าการดูดซับแสงต่ำ ก็จะมีค่าการแผ่รังสีที่ต่ำไปด้วย ปรกติแล้ว ที่ช่วงอุณหภูมิแสงเดียวกัน ค่าการดูดซับรังสีจะมีค่าเดียวกันกับค่าการแผ่รังสี ถ้าวัตถุสีขาวมากๆ มีค่าการดูดซับรังสีที่ 0.2 (แสงตกกระทบ 1 จะสะท้อนไป 0.8 และดูดซับไว้ 0.2) เวลาแผ่รังสีออกจากพื้นผิวนี้ มันก็จะมีค่าสัมประสิทธิ์การแผ่รังสีที่ 0.2 เช่นกัน เราจะเรียกตัวเลขนี้ว่าค่า emissivity แทนด้วยตัวแปร ε
สมมุติมีแผ่นโลหะสีขาว วางรับแสงจากดวงอาทิตย์ที่ความเข้มแสง j = 1300 W/m² วัตถุจะดูดซับความร้อนไว้เพียง Jᵢ = 260 W/m² มันก็ต้องแผ่รังสีออกที่ jₒ=260 W/m² การแผ่รังสีออกสู่บรรยากาศ ของแผ่นเหล็กสีขาว เราก็ใช้สมการ
jₒ=εσ(Tᵢ⁴- Tₐ⁴) --- (3)
เมื่อ j = 260 W/m² ε = 0.2 σ = 5.67 x 10⁻⁸ W/m²K⁴ Tₐ=303.13 K ใส่ตัวเลขนี้ลงไป แผ่นเหล็กสีขาวนี้จะมีอุณหภูมิพื้นผิว Tᵢ = 421 K หรือ 148 องศาเซลเซียส!?!?
นั่นแปลว่าวัตถุจะสีขาวหรือสีดำในอุดมคติมันควรมีอุณหภูมิเดียวกันนี่นา แล้วทำไมรถสีขาวถึงเย็นกว่ารถสีดำล่ะ????
===================================
คำตอบของเรื่องนี้มันมาจาก 3 ปรากฎการณ์
===================================
𝟏. 𝐇𝐞𝐚𝐭 𝐜𝐚𝐩𝐚𝐜𝐢𝐭𝐲 ปรากฎการณ์แรก คือเรื่องของความจุความร้อน
เพราะว่าวัตถุใดๆย่อมมีมวล และมวลย่อมมีความจุความร้อน สมมุติว่า แผ่นเหล็กของเรามีมวล 100 กิโลกรัม และมีความจุความร้อน 0.5 kJ/kg.K วัตถุนี้ถ้าทาสีดำสนิทมันรับความร้อนที่ 1300 W/m² อุณหภูมิมันจะสูงขึ้น 1.5 องศาทุก 1 นาที แต่ถ้าวัตถุนี้ทาสีขาว ε = 0.2 มันรับความร้อนที่ 260 W/m² อุณหภูมิมันจะสูงขึ้นแค่ทีละ 0.3 องศา ทุก 1 นาที สมมุติเอารถนี้จอดกลางแดดสัก 1 ชั่วโมง รถสีขาวยังไม่ทันร้อน สีดำคือร้อนไปถึงไหนต่อไหนแล้ว
𝟐. 𝐂𝐨𝐧𝐯𝐞𝐜𝐭𝐢𝐨𝐧 𝐇𝐞𝐚𝐭 𝐓𝐫𝐚𝐧𝐬𝐟𝐞𝐫 ปรากฎการณ์ที่สองมันคือผลของการพาความร้อน
การพาความร้อนเกิดจากการเคลื่อนไหวของอากาศ เพราะอากาศเวลาเจอความร้อนมันจะขยายตัวและเมื่อขยายตัวมันจะเบากว่าอากาศโดยรอบและลอยขึ้นทำให้อากาศมีการเคลื่อนไหวเอาอากาศเย็นโดยรอบเข้ามาสัมผัสพื้นผิวแล้วพาความร้อนขึ้น การคำนวณ Convection heat transfer จะค่อนข้างยาก ดังนั้น เราจะสมมุติใช้สัมประสิทธิ์การพาความร้อนที่ประมาณ h = 5W/m².K (คำนวณจริงๆก็ 10 กว่าบรรทัดและในช่วงอุณหภูมิ 30-100 องศามันก็จะแปรผันแค่ราว 3-6 W/m².K เรียกว่าไม่คุ้มที่จะทำงานละเอียดขนาดนั้นแค่ตรงนี้)
การพาความร้อนสูตรคือ
j₁=hA(Tᵢ-Tₐ) --- (4)
การแผ่รังสี สูตรคือ
j₂ =εσ (Tᵢ⁴-Tₐ⁴) --- (5)
j₁+ j₂= εj เท่ากับพลังงานขาเข้าวัสดุจากแสงอาทิตย์
รวมสมการที่ (4) และ (5) เราจะได้
εj=h(Tᵢ -Ta)+ εσ (Tᵢ⁴-Tₐ⁴) --- (6)
ตรงนี้ ถ้าเราแทนค่าสมการ รถยนต์สีดำ ε =1, j = 1300 W/m², h = 5W/m².K, Tₐ=303.13 K, σ = 5.67 x 10⁻⁸ W/m²K⁴ เราแทนค่าต่างๆลงสมการลงไป เราจะได้ Ti = 392 K หรือ 119 ᵒC
แต่ ถ้าเป็นรถยนต์สีขาว ε =0.2, j = 1300 W/m², h = 5W/m².K, Tₐ=303.13 K, σ = 5.67 x 10⁻⁸ W/m²K⁴ เราแทนค่าต่างๆลงสมการลงไป เราจะได้ Ti = 343 K หรือ 70 ᵒC
นั่นคือ เพราะพลังงานที่ดูดซับเข้ารถสีขาวน้อยกว่ารถสีดำ การพาความร้อนออกของรถสีขาวจากการขยายตัวของอากาศเพียงเล็กน้อยก็เพียงพอจะนำความร้อนออกจนพื้นผิวเย็นลง ในขณะที่รถสีดำดูดซับความร้อนมากกว่า การพาความร้อนออกของรถสีดำจึงไม่พอจะทำให้เกิดการลดของอุณหภูมิมากเท่ารถสีขาว แต่มันก็ยังเย็นกว่ากรณีเคสอุดมคติไม่มีลมไม่มีอากาศ รถจะร้อนได้สูงสุดถึง 148 องศาเซลเซียส
𝟑. 𝐄𝐦𝐢𝐬𝐬𝐢𝐯𝐢𝐭𝐲 𝐜𝐡𝐚𝐧𝐠𝐞 𝐰𝐢𝐭𝐡 𝐰𝐚𝐯𝐞𝐥𝐞𝐧𝐠𝐭𝐡 ปรากฎการณ์ที่ 3 คือเรื่องความสามารถในการดูดซับและแผ่รังสี ตลอดช่วงแสงนั้นไม่เท่ากัน
ปรากฎการณ์ที่ 3 คือเรื่องที่ emissivity ของสีนั้นไม่ใช่ค่าคงที่ตลอดช่วงแสง วัตถุเห็นว่าเป็นสีขาวเพราะมันสะท้อนแสงในช่วงที่ตามองเห็นได้ดี นั่นคือมันมีค่า emissivity ที่ต่ำในช่วงรังสีที่ตามองเห็นแต่วัตถุที่มีสีขาวนี้อาจมีค่า emissivity ที่สูงในช่วงอินฟราเรด ตรงนี้เป็นแทคติกสำคัญ เพราะอุณหภูมิแสงของดวงอาทิตย์นั้นอยู่ที่ 5800 K รังสีที่แผ่ออกมาจึงอยู่ในช่วงแสงที่ตาเรามองเห็น 400-700 nm แต่ความร้อนต่างๆในพื้นโลกเรา ตั้งแต่ช่วง 0 – 2000 องศาเซลเซียส มันก็อยู่ที่ความยาวคลื่น 1,000 – 10,000 nm ซึ่งเป็นความยาวคลื่นรังสีอินฟราเรด สีสำหรับทารถปัจจุบันจะแสดงค่าการแผ่รังสี 2 ข่วงต่างกันไปเลยแบบในช่วงแสงที่ตามองเห็น ค่า ε = 0.2 แต่ในช่วงอินฟราเรด ε = 0.9
เรามาลองใหม่ สมมุติมีแผ่นโลหะสีขาว วางรับแสงจากดวงอาทิตย์ที่ความเข้มแสง j = 1300 W/m² วัตถุจะดูดซับความร้อนไว้เพียง Jᵢ = 0.2x1300 = 260 W/m² มันก็ต้องแผ่รังสีออกที่ jₒ=260 W/m² การแผ่รังสีออกสู่บรรยากาศ ของแผ่นเหล็กสีขาว เราก็ใช้สมการ
jₒ=εσ(Tᵢ⁴- Tₐ⁴)
เมื่อ jₒ = 260 W/m² ε = 0.9 σ = 5.67 x 10⁻⁸ W/m²K⁴ Tₐ=303.13 K ใส่ตัวเลขนี้ลงไป แผ่นเหล็กสีขาวนี้จะมีอุณหภูมิพื้นผิว Tᵢ = 341 K หรือ 68 องศาเซลเซียส จะเห็นได้ว่า ด้วยเทคโนโลยี ไอ้สีแบบที่เรียกว่าสีเย็น ทาแล้วเย็น มันก็คือการเลือกรงควัตถุที่สะท้อนแสงขาเข้า และทึบแสงในช่วงรังสีขาออกมีค่าการแผ่รังสีสูงในช่วงอินฟราเรด
**เพิ่มเติม ผมมีหลุดไว้นิดหนึ่งคือ สีสำหรับทาแล้วเย็น มันมี 2 กรณี
1. สีที่ทาแล้วเวลาสัมผัสรู้สึกเย็นมือ อันนี้จะเป็นสีที่สะท้อนแสงแดด และมีการแผ่รังสีความร้อนช่วง IR สูง
2. สีที่ทาแล้วกันความร้อนเข้าไปข้างใน อันนี้จะเป็นสีที่สะท้อนแสงแดด และ มีค่าการแผ่รังสีความร้อนช่วง IR ต่ำ แต่แตะเข้านี่ร้อนนะ มันจะร้อนช้าแต่ร้อนแน่
ตอนผมเขียนนี่ผมอธิบายปรากฎการณ์สีที่เราเอามือแตะแล้วไม่ร้อน มันเป็นคนละเรื่องกับสีที่กันกั้นความร้อนแบบเป็นฉนวนสมบูรณ์ แต่แน่นอน เวลาคุยกันเรื่องรังสีความร้อน มันต้องคุยกันทั้ง 2 ด้านละนะ**
และทั้งหมดนี้ก็คือสาเหตุที่รถสีขาว เย็นกว่ารถสีดำ
ไม่แปลกใจเลยที่ไม่มีใครเขาเขียนเป็นสมการให้ดูเป็นตัวอย่างเพราะมันจะยาวโพดอย่างนี้นี่เอง
รถขาว รถดำ ตากแดด คันไหนร้อนกว่า เพราะเหตุไฉน คำนวณอย่างไร เดี๋ยวจะทำให้ดู!!
2. เพราะอากาศมีการพาความร้อน ความร้อนเข้าน้อย อากาศรับความร้อนไปก็ทำให้เย็นได้เร็วกว่ากรณีความร้อนเข้ามาก
3. สีรถปัจจุบันออกแบบให้สะท้อนแสงอาทิตย์ได้มากแต่แผ่รังสีความร้อนได้ดีจึงร้อนยาก
ส่วนคนที่อยากจะคำนวณ ก็เลื่อนตามลงมา I will show you how deep is this rabbit hole
มาทำความเข้าใจว่าความเข้าใจเรื่องการแผ่รังสีจริงๆแล้วมันเป็นอย่างไร
อันดับแรก เรามารู้จักสมการการแผ่รังสีวัตถุมืดของสเตอฟาน โบลทซ์มัน Stefan–Boltzmann law ที่ว่า
j=σT⁴ --- (1)
สมการนี้อ่านว่า อัตราการแผ่รังสี มีค่าเท่ากับค่าคงที่ σ (5.67 x 10⁻⁸ W/m²K⁴) คูณอุณหภูมิพื้นผิวยกกำลัง 4
เวลาแสงแดดตกกระทบพื้นผิวใดๆ แสงแดดมีปริมาณความเข้มพลังงานเข้าสู่พื้นผิวที่ j = 1300 W/m²
อุณหภูมิที่จะทำให้มีการแผ่รังสีออกมาขนาด 1300 W/m² เอ้าเราย้ายข้างจัดสมการหา T= (j/σ) ⁰.²⁵ เราจะได้อุณหภูมิคือ 389 เคลวิน หรือราว 116 องศาเซลเซียส วัตถุจึงจะแผ่ความร้อนออกมาเท่านี้
ถ้าหากว่าเราเอาเหล็กแผ่นนึงพ่นสีดำสนิทไปวางตากแดด เหล็กแผ่นนี้มีพลังงานเข้า jᵢ =1300 W/m² มันก็ต้องแผ่รังสีออกที่ jₒ=1300 W/m² การแผ่รังสีออกสู่บรรยากาศ ก็คือ
jₒ=σ(Tᵢ⁴- Tₐ⁴) --- (2)
i incidence หมายถึงอุณหภูมิพื้นผิววัสดุที่แสงตกกระทบ ส่วน a ambience หมายถึงบรรยากาศ สมมุติอุณหภูมิบรรยากาศคือ Tₐ 30 องศาเซลเซียส แปลงเป็นเคลวินก็จะได้ 303.15 K แล้วด้วยการแทนค่าตัวเลข j, σ, Tₐ เราจะได้ Tᵢ = 421 K หรือ 148 องศาเซลเซียส
ตรงนี้ยังตรงไปตรงมาอยู่
แต่ถ้าหากว่าวัสดุนั้นมีการสะท้อนแสงล่ะ?
วัตถุสีดำมีค่าการดูดซับแสงสูง ก็มีค่าการแผ่รังสีที่สูง ส่วนวัตถุที่สะท้อนแสงดี มีค่าการดูดซับแสงต่ำ ก็จะมีค่าการแผ่รังสีที่ต่ำไปด้วย ปรกติแล้ว ที่ช่วงอุณหภูมิแสงเดียวกัน ค่าการดูดซับรังสีจะมีค่าเดียวกันกับค่าการแผ่รังสี ถ้าวัตถุสีขาวมากๆ มีค่าการดูดซับรังสีที่ 0.2 (แสงตกกระทบ 1 จะสะท้อนไป 0.8 และดูดซับไว้ 0.2) เวลาแผ่รังสีออกจากพื้นผิวนี้ มันก็จะมีค่าสัมประสิทธิ์การแผ่รังสีที่ 0.2 เช่นกัน เราจะเรียกตัวเลขนี้ว่าค่า emissivity แทนด้วยตัวแปร ε
สมมุติมีแผ่นโลหะสีขาว วางรับแสงจากดวงอาทิตย์ที่ความเข้มแสง j = 1300 W/m² วัตถุจะดูดซับความร้อนไว้เพียง Jᵢ = 260 W/m² มันก็ต้องแผ่รังสีออกที่ jₒ=260 W/m² การแผ่รังสีออกสู่บรรยากาศ ของแผ่นเหล็กสีขาว เราก็ใช้สมการ
jₒ=εσ(Tᵢ⁴- Tₐ⁴) --- (3)
เมื่อ j = 260 W/m² ε = 0.2 σ = 5.67 x 10⁻⁸ W/m²K⁴ Tₐ=303.13 K ใส่ตัวเลขนี้ลงไป แผ่นเหล็กสีขาวนี้จะมีอุณหภูมิพื้นผิว Tᵢ = 421 K หรือ 148 องศาเซลเซียส!?!?
นั่นแปลว่าวัตถุจะสีขาวหรือสีดำในอุดมคติมันควรมีอุณหภูมิเดียวกันนี่นา แล้วทำไมรถสีขาวถึงเย็นกว่ารถสีดำล่ะ????
===================================
คำตอบของเรื่องนี้มันมาจาก 3 ปรากฎการณ์
===================================
𝟏. 𝐇𝐞𝐚𝐭 𝐜𝐚𝐩𝐚𝐜𝐢𝐭𝐲 ปรากฎการณ์แรก คือเรื่องของความจุความร้อน
เพราะว่าวัตถุใดๆย่อมมีมวล และมวลย่อมมีความจุความร้อน สมมุติว่า แผ่นเหล็กของเรามีมวล 100 กิโลกรัม และมีความจุความร้อน 0.5 kJ/kg.K วัตถุนี้ถ้าทาสีดำสนิทมันรับความร้อนที่ 1300 W/m² อุณหภูมิมันจะสูงขึ้น 1.5 องศาทุก 1 นาที แต่ถ้าวัตถุนี้ทาสีขาว ε = 0.2 มันรับความร้อนที่ 260 W/m² อุณหภูมิมันจะสูงขึ้นแค่ทีละ 0.3 องศา ทุก 1 นาที สมมุติเอารถนี้จอดกลางแดดสัก 1 ชั่วโมง รถสีขาวยังไม่ทันร้อน สีดำคือร้อนไปถึงไหนต่อไหนแล้ว
𝟐. 𝐂𝐨𝐧𝐯𝐞𝐜𝐭𝐢𝐨𝐧 𝐇𝐞𝐚𝐭 𝐓𝐫𝐚𝐧𝐬𝐟𝐞𝐫 ปรากฎการณ์ที่สองมันคือผลของการพาความร้อน
การพาความร้อนเกิดจากการเคลื่อนไหวของอากาศ เพราะอากาศเวลาเจอความร้อนมันจะขยายตัวและเมื่อขยายตัวมันจะเบากว่าอากาศโดยรอบและลอยขึ้นทำให้อากาศมีการเคลื่อนไหวเอาอากาศเย็นโดยรอบเข้ามาสัมผัสพื้นผิวแล้วพาความร้อนขึ้น การคำนวณ Convection heat transfer จะค่อนข้างยาก ดังนั้น เราจะสมมุติใช้สัมประสิทธิ์การพาความร้อนที่ประมาณ h = 5W/m².K (คำนวณจริงๆก็ 10 กว่าบรรทัดและในช่วงอุณหภูมิ 30-100 องศามันก็จะแปรผันแค่ราว 3-6 W/m².K เรียกว่าไม่คุ้มที่จะทำงานละเอียดขนาดนั้นแค่ตรงนี้)
การพาความร้อนสูตรคือ
j₁=hA(Tᵢ-Tₐ) --- (4)
การแผ่รังสี สูตรคือ
j₂ =εσ (Tᵢ⁴-Tₐ⁴) --- (5)
j₁+ j₂= εj เท่ากับพลังงานขาเข้าวัสดุจากแสงอาทิตย์
รวมสมการที่ (4) และ (5) เราจะได้
εj=h(Tᵢ -Ta)+ εσ (Tᵢ⁴-Tₐ⁴) --- (6)
ตรงนี้ ถ้าเราแทนค่าสมการ รถยนต์สีดำ ε =1, j = 1300 W/m², h = 5W/m².K, Tₐ=303.13 K, σ = 5.67 x 10⁻⁸ W/m²K⁴ เราแทนค่าต่างๆลงสมการลงไป เราจะได้ Ti = 392 K หรือ 119 ᵒC
แต่ ถ้าเป็นรถยนต์สีขาว ε =0.2, j = 1300 W/m², h = 5W/m².K, Tₐ=303.13 K, σ = 5.67 x 10⁻⁸ W/m²K⁴ เราแทนค่าต่างๆลงสมการลงไป เราจะได้ Ti = 343 K หรือ 70 ᵒC
นั่นคือ เพราะพลังงานที่ดูดซับเข้ารถสีขาวน้อยกว่ารถสีดำ การพาความร้อนออกของรถสีขาวจากการขยายตัวของอากาศเพียงเล็กน้อยก็เพียงพอจะนำความร้อนออกจนพื้นผิวเย็นลง ในขณะที่รถสีดำดูดซับความร้อนมากกว่า การพาความร้อนออกของรถสีดำจึงไม่พอจะทำให้เกิดการลดของอุณหภูมิมากเท่ารถสีขาว แต่มันก็ยังเย็นกว่ากรณีเคสอุดมคติไม่มีลมไม่มีอากาศ รถจะร้อนได้สูงสุดถึง 148 องศาเซลเซียส
𝟑. 𝐄𝐦𝐢𝐬𝐬𝐢𝐯𝐢𝐭𝐲 𝐜𝐡𝐚𝐧𝐠𝐞 𝐰𝐢𝐭𝐡 𝐰𝐚𝐯𝐞𝐥𝐞𝐧𝐠𝐭𝐡 ปรากฎการณ์ที่ 3 คือเรื่องความสามารถในการดูดซับและแผ่รังสี ตลอดช่วงแสงนั้นไม่เท่ากัน
ปรากฎการณ์ที่ 3 คือเรื่องที่ emissivity ของสีนั้นไม่ใช่ค่าคงที่ตลอดช่วงแสง วัตถุเห็นว่าเป็นสีขาวเพราะมันสะท้อนแสงในช่วงที่ตามองเห็นได้ดี นั่นคือมันมีค่า emissivity ที่ต่ำในช่วงรังสีที่ตามองเห็นแต่วัตถุที่มีสีขาวนี้อาจมีค่า emissivity ที่สูงในช่วงอินฟราเรด ตรงนี้เป็นแทคติกสำคัญ เพราะอุณหภูมิแสงของดวงอาทิตย์นั้นอยู่ที่ 5800 K รังสีที่แผ่ออกมาจึงอยู่ในช่วงแสงที่ตาเรามองเห็น 400-700 nm แต่ความร้อนต่างๆในพื้นโลกเรา ตั้งแต่ช่วง 0 – 2000 องศาเซลเซียส มันก็อยู่ที่ความยาวคลื่น 1,000 – 10,000 nm ซึ่งเป็นความยาวคลื่นรังสีอินฟราเรด สีสำหรับทารถปัจจุบันจะแสดงค่าการแผ่รังสี 2 ข่วงต่างกันไปเลยแบบในช่วงแสงที่ตามองเห็น ค่า ε = 0.2 แต่ในช่วงอินฟราเรด ε = 0.9
เรามาลองใหม่ สมมุติมีแผ่นโลหะสีขาว วางรับแสงจากดวงอาทิตย์ที่ความเข้มแสง j = 1300 W/m² วัตถุจะดูดซับความร้อนไว้เพียง Jᵢ = 0.2x1300 = 260 W/m² มันก็ต้องแผ่รังสีออกที่ jₒ=260 W/m² การแผ่รังสีออกสู่บรรยากาศ ของแผ่นเหล็กสีขาว เราก็ใช้สมการ
jₒ=εσ(Tᵢ⁴- Tₐ⁴)
เมื่อ jₒ = 260 W/m² ε = 0.9 σ = 5.67 x 10⁻⁸ W/m²K⁴ Tₐ=303.13 K ใส่ตัวเลขนี้ลงไป แผ่นเหล็กสีขาวนี้จะมีอุณหภูมิพื้นผิว Tᵢ = 341 K หรือ 68 องศาเซลเซียส จะเห็นได้ว่า ด้วยเทคโนโลยี ไอ้สีแบบที่เรียกว่าสีเย็น ทาแล้วเย็น มันก็คือการเลือกรงควัตถุที่สะท้อนแสงขาเข้า และทึบแสงในช่วงรังสีขาออกมีค่าการแผ่รังสีสูงในช่วงอินฟราเรด
**เพิ่มเติม ผมมีหลุดไว้นิดหนึ่งคือ สีสำหรับทาแล้วเย็น มันมี 2 กรณี
1. สีที่ทาแล้วเวลาสัมผัสรู้สึกเย็นมือ อันนี้จะเป็นสีที่สะท้อนแสงแดด และมีการแผ่รังสีความร้อนช่วง IR สูง
2. สีที่ทาแล้วกันความร้อนเข้าไปข้างใน อันนี้จะเป็นสีที่สะท้อนแสงแดด และ มีค่าการแผ่รังสีความร้อนช่วง IR ต่ำ แต่แตะเข้านี่ร้อนนะ มันจะร้อนช้าแต่ร้อนแน่
ตอนผมเขียนนี่ผมอธิบายปรากฎการณ์สีที่เราเอามือแตะแล้วไม่ร้อน มันเป็นคนละเรื่องกับสีที่กันกั้นความร้อนแบบเป็นฉนวนสมบูรณ์ แต่แน่นอน เวลาคุยกันเรื่องรังสีความร้อน มันต้องคุยกันทั้ง 2 ด้านละนะ**
และทั้งหมดนี้ก็คือสาเหตุที่รถสีขาว เย็นกว่ารถสีดำ
ไม่แปลกใจเลยที่ไม่มีใครเขาเขียนเป็นสมการให้ดูเป็นตัวอย่างเพราะมันจะยาวโพดอย่างนี้นี่เอง