Välkommen till Resurscentrums frågelåda!

 

Vill du ha ett snabbt svar - sök i databasen: Anpassad Google-sökning
(tips för sökningen).
Använd diskussionsforum om du vill diskutera något.
Senaste frågorna. Veckans fråga.

4 frågor/svar hittade

Ljud-Ljus-Vågor [20360]

Fråga:
Önskar en enkel förklaring på varför en svart bägare med varmt vatten svalnar fortare än en som är blank. Ett svar som en åk 7:a kan acceptera. De flesta vet att svart lättare och snabbare absorberar värme (men varför), men att svart även sänder ut lättare tycker de är konstigt.
/Lotta Y

Svar:
Lotta! Det bästa man kan göra är att acceptera att fysik är en experimentell vetenskap och att det är resultatet av väl utförda experiment som är avgörande.

Se vidare fråga 14232 om vad fysik är och fråga 20136 och 17691 om förståelse av fysik.

Vad gäller din fråga, som handlar om Kirchhoffs strålningslag, så är den utförligt diskuterad i fråga 9333 och länkar från denna. Som framgår så har många framstående fysiker haft olika åsikter i frågan.

I slutet av svaret till fråga 14368 diskuteras den förvånande lilla skillnaden i emissionsförmågan för en svart och en vit panel. Anledningen är att färgen (svart eller vitt) hänför sig till synligt ljus (c:a 550 nm våglängd), dvs en temperatur på c:a 6000 K (solytans temperatur). Strålningen från en yta med en "normal" temperatur (rumstemperatur-några hundra grader) ligger långt in i infrarött, och det finns inget som säger att absorptionsförmågan, och därmed emissiviteten, skall vara särskilt olika för en svart och en vit yta.
/Peter E

Nyckelord: fysik, förståelse av [16]; Kirchhoffs strålningslag [4];

*

Ljud-Ljus-Vågor [14936]

Fråga:
Hur fungerar selektiva absorbenter i solfångare?
/Veckans fråga

Ursprunglig fråga:
I termiska solfångare finns s.k. selektiva absorbenter. Dessa sätter de vanliga formlerna för svartkroppsstrålning och för absorbtion och reflektion ur spel. Hur har man lyckats med denna bedrift. Kan man skapa en sådan yta med de resurser som finns i en ordinär gymnasiefysiksal? Om möjligt önskas ett utförligt svar eller hänvisning till litteraturen.
/Anders K, Sollefteå

Svar:
Nej, selektiva absorbenter sätter inte några naturlagar ur spel! Selektiva absorbenter innebär att ytskiktet på solfångaren behandlats med ett ytskikt som skall ge hög absorption av solstrålning och låg emittans av värmestrålning.

Kirchhoffs strålningslag säger att absorpionsförmågan är proportionell mot emissionsförmågan vid en viss våglängd. Solens yttemperatur är c:a 6000 grader, och den mesta energin i solstrålningen ligger i synligt ljus 400-700 nm. Det är alltså i detta område man vill ha maximal absorptionsförmåga hos en solfångare. Normalt innehåller en solfångare vatten som värmebärare, så temperaturen är maximalt 100 grader. Vid denna temperatur ligger maximum hos temperaturstrålningen vid mycket längre våglängder - i infrarött (se fråga 12793).

Med Blackbody Radiation Applet kan man uppskatta maximum i energifördelningen för olika temperaturer. För 6000 K ligger maximum vid 500 nm och vid 350 K (c:a 80oC) vid 8000 nm.

Även naturen utnyttjar denna selektiva absorption i växthuseffekten . Solljuset går obehindrat igenom atmosfären och värmer upp jordytan. Värmestrålningen från jordytan hindras att försvinna ut i rymden av växthusgaser - framför allt vattenånga och koldioxid. Utan denna värmande effekt skulle jorden vara c:a 35 grader kallare i medeltemperatur än vad den är.

Se vidare länk 1, solenergi , temperaturstrålning och Plancks strålningslag .
/Peter E

Se även fråga 12793

Nyckelord: solenergi [14]; Kirchhoffs strålningslag [4]; temperaturstrålning [21]; strålning, in-/ut- [6]; #ljus [63];

1 http://www.iva.se/upload/Verksamhet/Projekt/Energiframsyn/El%20och%20V%C3%A4rme%20komplett3.pdf

*

Ljud-Ljus-Vågor [14368]

Fråga:
Temperaturmätning med en IR-pyrometer
/Veckans fråga

Ursprunglig fråga:
Vi mäter temperaturen med en IR-pyrometer på en Leslie kub som har en blank koppar yta, matt koppar yta, svart yta och en vit yta. Vi fyller kuben med kokande vatten och mäter temperaturen. Vi mäter även innertemperaturen med en vanlig termometer. Den svarta ytan och den vita ytan visar samma temperatur och följer inner temperaturen. Den matta kopparytan stiger långsamt men inte lika mycket som den svarta och vita ytan. Den blanka kopparytan visar konstant temperatur på ca 26 C. Kan du förklara varför det visar så här.
/Laila N, Mälardalens högskola, Eskilstuna

Svar:
Laila! Resultaten du fått är helt korrekta och förklarliga - man måste bara tolka resultaten korrekt.

En IR-pyrometer mäter inte temperaturen direkt utan den mäter värmestrålningen från ett objekt. Om man sedan antar att kroppen strålar som en svart kropp, så kan man räkna ut temperaturen, se temperaturstrålning . Pyrometern mäter alltså vad man kallar effektiv temperatur vilket inte behöver vara densamma som den verkliga temperaturen man mäter med en termometer.

Leslie-kuben är en vattenfylld kub, se bilden nedan. De fyra vertikala ytorna är belagda på olika sätt: svartmålad, vitmålad, matt yta, blank yta. Vattnet i kuben kan värmas med en bunsenbrännare, och temperaturen hos vattnet (och därmed även temperaturen hos sidoytorna) kan mätas med en termometer. Utstrålningen (värmestrålningen, den infraröda strålningen) från var och en av de fyra ytorna mäts med en pyrometer (se Pyrometer ).

Emmissionsförmågan för de olika sidorna kan vara:

   svart        100
   vit           97
   matt          20
   blank          7
Det är alltså, kanske lite förvånande, inte mycket skillnad mellan svart och vit - den stora skillnaden är mellan svart och blank. Eftersom emissionförmågan är mycket lägre för den blanka sidan blir den effektiva temperaturen mycket lägre, precis som du observerar. Men kom ihåg att detta inte är den verkliga temperaturen - den är lika för alla fyra ytorna! Emissionsförmågan är enligt Kirchhoffs strålningslag (fråga 9333 ) direkt relaterad till absorptionsförmågan - hög absorbtionsförmåga ger hög emissionsförmåga.

Kan man förstå den lilla skillnaden mellan vit yta och svart yta? För synligt ljus är det ju stor skillnad i absorptionsförmåga - svart absorberar naturligtvis ljus mycket mer, så emissionsförmågan borde vara stor. Men detta gäller synligt ljus som motsvarar en temperatur på 5000-6000 oC. Vid den aktuella temperaturen (0-100 oC) är det infraröd strålning som dominerar, och absorptionsförmågan för infrarött är uppenbarligen nästan lika för den svarta och den vita ytan. Därför blir även emissionsförmågan nästan densamma.



/Peter E

Nyckelord: temperaturstrålning [21]; Kirchhoffs strålningslag [4];

1 http://www.pasco.com/prodCatalog/TD/TD-8554_thermal-radiation-cube-leslies-cube/

*

Ljud-Ljus-Vågor [9333]

Fråga:
Hur kommer det sig att en svart yta avger mer värme än en ljus? (Jag vet att det har med svartkroppsstrålning att göra men hittar ingen förklaringsmodell som fungerar, det är lättare att förstå varför en svart yta absorberar ljus bra.)
/Mikael L, Sannerudsskolan, Kil

Svar:
I härledningen av Stefan–Boltzmanns lag (Stefan–Boltzmann_law ) om strålningen från en yta från Plancks strålningslag ingår en konstant som kan kallas spektral emissivitet e(l). Den är normalt en funktion av våglängden hos strålningen. Den har värdet 1 för en svart yta och 0 för en perfekt speglande yta.

Absorptionsförmågan hos en kropp beskrivs av den spektrala absorptansen a(l).

Kirchhoffs strålningslag (Kirchhoff's_law_of_thermal_radiation ) säger att dessa konstanter är lika:

  e(l) = a(l)

Lagen säger alltså att en god absorbator, en svart och matt yta, även strålar ut värmestrålning effektivt, medan en blank yta strålar ut mindre effektivt, se fråga 14368 .

I Kirchhoff's_law_of_thermal_radiation#Theory förs ett (ganska komplicerat) resonemang som visar att Kirchhoffs lag måste gälla. Härledbarheten har diskuterats i 150 år, men lagen är emellertid väl etablerad experimentellt.

Länk 1 är en mycket detaljerad diskussion om härledbarheten hos Kirchhoffs strålningslag: Experimenting theory: The proofs of Kirchhoff's radiation law before and after Planck.
/Peter E

Nyckelord: temperaturstrålning [21]; Kirchhoffs strålningslag [4]; #ljus [63];

1 http://www.mzwtg.mwn.tum.de/fileadmin/w00bmt/www/Arbeitspapiere/Schirrmacher_2001_1.pdf

*

Ämnesområde
Sök efter
Grundskolan eller gymnasiet?
Nyckelord: (Enda villkor)
Definition: (Enda villkor)
 
 

Om du inte hittar svaret i databasen eller i

Sök i svenska Wikipedia:

- fråga gärna här.

 

 

Frågelådan innehåller 7180 frågor med svar.
Senaste ändringen i databasen gjordes 2017-09-23 11:27:37.


sök | söktips | Veckans fråga | alla 'Veckans fråga' | ämnen | dokumentation | ställ en fråga
till diskussionsfora

 

Creative Commons License

Denna sida från NRCF är licensierad under Creative Commons:
Erkännande-Ickekommersiell-Inga bearbetningar
.