Vill du ha ett snabbt svar - sök i databasen: Anpassad Google-sökning 26 frågor/svar hittade Värme [21478] Svar: Denna ger fördelningen av strålningen som funktion av frekvensen. Svartkroppens temperatur (T) ingår som en parameter i strålningslagen. Genom att att anpassa fördelningen till data kan man få ett tillförlitligt värde på temperaturen T. Nedanstående figur visar ett paradexempel på en Planck-fördelning
från fråga 705 . Det råkar vara fördelningen av den kosmiska bakgrundsstrålningen. En anpassning till denna fördelning ger en temperatur på 2.7 K. Som synes stämmer data mycket väl med den teoretiska fördelningen. Om det finns någon annan källa som inte är Planck-fördelad kan man oftast subtrahera effekten av denna. I fråga 12397 finns Planck-fördelningen för några olika temperaturer. Nyckelord: temperaturstrålning [29]; Ljud-Ljus-Vågor [21357] Svar: Ja, så länge en kropp har en temperatur överstigande den absoluta nollpunkten (0 K) kommer den att sända ut elektromagnetisk temperaturstrålning. Men den kommer också att absorbera inkommande strålning. Om kroppen omges av materia kommer strålning från omgivningen att absorberas. Detta pågår tills kroppen och omgivningen har samma temperatur. Då uppstår ett jämviktsläge då lika mycket värme absorberas som sänds ut. Om omgivningen saknar materia finns det ingen infallande strålning som kan absorberas, så kroppen skulle kylas till den absoluta nollpunkten 0 K. Detta är emellertid en sanning med modifikation eftersom hela universum innehåller ett överskott av fotoner från den kosmiska bakgrundsstrålningen, se fråga 705 . Jämviktstemperaturen skulle därför bli 2.7 K. Nyckelord: temperaturstrålning [29]; kosmisk bakgrundsstrålning [19]; Ljud-Ljus-Vågor [21177] Ursprunglig fråga: MEN, vad gäller de andra stjärnorna som vi ser på natthimlen? De ser ju ut att vara en hel del olika färger på dem. Är alla stjärnor egentligen vita till färgen eller finns det verkligen olika färger på dem om man skulle kunna se dem med blotta ögat. Jag tänker dels på Betelgeuse som nu är i ropet. Den ser ju faktiskt röd ut på natthimlen, men är färgen på den också röd om man skulle befinna sig i omloppsbana kring den? Färgklasserna med gul, röd, vit och blå färger utifrån stjärnornas temperatur spökar till det fortfarande när jag tar upp stjärnornas riktiga färger med eleverna. Mvh
Petri Svar: Jag antar du refererar till din fråga 20879 . Du har helt rätt i att det är konfunderande. Det grundläggande problemet är att man har olika definitioner av färg. Antingen är färg definierad som färgen vid maximum hos en temperaturstrålare med en viss temperatur, se Temperaturspektrum-generator . Färg kan även skapas genom att blanda grundfärgerna rött/grönt/blått, se Color Addition Simulator . Gult kan till exempel skapas genom att minska intensiteten på blått om man utgår från vitt. Ögats förmåga att särskilja färger beror ju på känslighetskurvorna hos tre olika sorters tappar känsliga för rött/grönt/blått. I fråga 1553 och 12409 diskuteras solens färg ganska ingående. Vad gäller stjärnornas färger varierar färgen med temperaturen. I HR-diagrammet (färg-magnituddiagrammet, se
HR-diagram ) nedan visas ett urval stjärnor med sin från temperaturen definierade färg. Vi ser att solen hamnar i det gula området. Så solen klassificeras som en gul dvärgstjärna. Men jag hävdar ändå med en dåres envishet att solen utan atmosfärens inverkan av ögat uppfattas som vit. Färg är en utmärkt artikel om färg med bland annat följande definition: Se även länk 1 och fråga 20354 . Se https://phet.colorado.edu/en/ för fler simuleringar av, bland annat, fysikaliska effekter. Tillägg november 2020 Hur kan det komma sig att just solen blir vit, medan vi uppfattar att andra stjärnor har olika färger? Det vi uppfattar som färg är ju kombinationen av våglängdsfördelningen hos det infallande ljuset och känsligheten hos ögats tre receptorer. Känsligheten har utvecklats genom evolutionen. Fördelningen som gör solen vit är helt enkelt det optimala för människan - vi har ju utvecklats med solen som huvudsaklig ljuskälla.
Nyckelord: färg/färgseende [39]; HR-diagram [3]; *verktyg [15]; temperaturstrålning [29]; stjärna [4]; 1 https://courses.lumenlearning.com/astronomy/chapter/colors-of-stars/ Ljud-Ljus-Vågor [21090] Jag har fått hjälp på denna sida innan så jag provar med gott svar. Jag har en annan fundering. Jag sett på program på TV där man visar Frederick William Herschel experiment med termometrar där han påvisar infraröd strålning.
Han har en uppsättning termometrar i ljuset av vanligt ljus via prisma till spektrum, en termometer för varje färg och upptäcker att temperaturen ökar ju mer åt det rödare hållet. Utanför den röda färgen är det ännu varmare och han upptäcker infrarött. Min undran är: rödare färg = längre våglängd, blåare kortare. Men kortare våglängd har mer energi än längre, varför blir det då varmare vid de längre våglängderna? Tack på förhand. Pelle Boman
Svar: Infrarött definieras i fråga 21018 . Det är som synes elektromagnetisk strålning i ett mycket brett band från 700 till 1000000 nm. Det kan tyckas vara konstigt att längre våglängder med lägre fotonenergi (energi=c/våglängd) ger större uppvärmning än kortare våglängder med högre fotonenergi. Anledningen är att uppvärmningen beror på hur många fotoner som absorberas. För energier i infrarött finns det massor av rotationstillstånd och vibrationstillstånd som kan ta emot det inkommande strålningen. I synligt ljus är det i första hand elektronskalstillstånd som kan absorbera, och de är färre och mer svårexciterade än rotation och vibration. Om ljuskällan är en temperaturstrålare (t.ex. solen, glödlampa) är fördelningen enligt nedanstående figur (från fråga 12564 ). För 6000 K är maximum i det synliga området, men redan för 4000 K har maximum flyttats till infrarött. Då är det alltså ännu mindre konstigt att man får mer uppvärmning i det infraröda området. Länk 1 innehåller en beskrivning av upptäckten av infrarött. Märkligt nog finns ingen förklaring till varför infrarött värmer mer. Wikipedia-artikeln om infrarött innehåller en mycket bra sammanfattning av historiken för upptäckten, se Infrared#History_of_infrared_science . Se även länk 2. Nyckelord: elektromagnetisk strålning [21]; temperaturstrålning [29]; 1 https://m.youtube.com/watch?v=wIZozabAMO8 Ljud-Ljus-Vågor [21008] Svar: Se vidare fråga 14668 och 176 . Den kosmiska bakgrundsstrålningen följer Plancks strålningslag utomordentligt exakt, se fråga 705 . Nyckelord: temperaturstrålning [29]; Ljud-Ljus-Vågor [20758] Hur omvandlas kortvågig uv-strålning till långvågig infraröd strålning när den träffar jordytan?
Mörka ytor har lägre albedo än ljusa ytor, vad beror detta på? Svar: Alla kroppar med en temperatur överstigande absoluta nollpunkten strålar med en för temperaturen karakteristisk fördelning, Plancks strålningslag, se fråga 12397 (figuren nedan). För solytan, som är ungefär 6000 grader, är maximum för utstrålningen i synligt ljus. Jordytan är c:a 15oC och strålar därför i infrarött. Jordens atmosfär är transparent för det från solen inkommande ljuset, men inte transparent för den från jordytan kommande infraröda strålningen. Det är detta som orsakar växthuseffekten, se fråga 12668 . För reflektion se fråga 17168 . Nyckelord: Plancks strålningslag [6]; temperaturstrålning [29]; Ljud-Ljus-Vågor [20120] Jag har en fråga gällande värmestrålning/svartkroppsstrålning. När man värmer en bit järn så att den börjar glöda är det ett exempel på svartkroppsstrålning, där strålnings våglängd och intensitet endast beror av järnets temperatur. Jag har trott att denna typ av strålning uppkommer genom rörelse (acceleration) hos elektroner som är mer eller mindre fria. Då en gas istället sänder ut ljus och skapar ett linjespektra är det elektronbanornas energiskillnad och elektrondeexcitation som ger upphov till ljusets våglängd. När jag hjälpte min dotter med grundskolefysiken fann vi nedanstående förklaring, i hennes moderna kursbok, till varför järn börjar glöda då det blir varmt. Är nedanstående förklaringen till varför järn glöder verkligen korrekt? Som jag själv ser det är den väl förenklad och beskriver istället varför en upphettad gas lyser med en viss färg. Kanske är det jag som är ute och cyklar och att det är helt rätt att säga “När man värmer järnbiten så att den glöder gör elektronerna i järnatomerna korta hopp och därför blir järnbiten gulröd. Mvh Karl Sitell Texten i sin helhet:
"Om du värmer en bit järn tillräckligt börjar den glöda. Den lyser gult och rött. Men varför börjar den lysa? Jo elektroner som befinner sig i olika skal har olika mycket energi. Om en järnatom tillförs energi kan en elektron i ett inre skal hoppa till ett yttre skal. Det gör att järnatomen hamnar i obalans. Vi säger att den är instabil. Så fort det finns möjlighet kommer elektronen att hoppa tillbaka till det ursprungliga skalet. På så sätt blir elektronen av med överskottsenergin och atomen blir stabil igen. Den energi som släpps fri när elektronen hoppar tillbaka till sitt ursprungliga skal sänds ut från atomen i form av strålning. Strålningen kan av gulrött ljus från en glödande järnbit. Korta hopp mellan elektronskal avger mindre mängd energi än långa hopp. Energirikt rött ljus avges vid korta hopp. När man värmer järnbiten så att den glöder gör elektronerna i järnatomerna korta hopp och därför blir järnbiten gulröd."
Svar: En gas ger ett linjespektrum eftersom bara vissa väldefinierade nivåer kan exciteras. I en fast kropp ligger atomerna mycket tätt så nivåerna störs av omgivande atomer. Man får då en kontinuerlig fördelning av tillgängliga nivåer. Detta gäller speciellt kroppar som absorberar all inkommande strålning. Den utsända strålningen kallas svartkroppsstrålning eller (eftersom den endast beror av temperaturen) temperaturstrålning. Se vidare fråga 176 och 12564 . Nyckelord: temperaturstrålning [29]; Ljud-Ljus-Vågor [19813] Svar: Om den röda ytan belyses med en röd LED kommer ytan att reflektera strålningen. Ytan blir mycket röd. Om man i stället belyser den röda ytan med grönt eller blått LED-ljus kommer den att se svart ut eftersom grönt och blått absorberas och något rött ljus, som skulle reflekterats, finns inte. Nyckelord: lysdiod [14]; färg/färgseende [39]; temperaturstrålning [29]; Elektricitet-Magnetism [19502] Svar: Elektronerna förlorar en del av sin rörelseenergi, vilket värmer upp glödtråden. Ett föremål med en temperatur över absoluta nollpunkten strålar ut elektromagnetisk strålning, så kallad temperaturstrålning, se fråga 12564 . Glödtråden blir så varm att en liten del av strålningen (ett par procent) är synligt ljus. Största delen av lampans effekt blir emellertid till värmestrålning som normalt inte är till någon nytta. Detta är skälet till att vi nu håller på att ersätta glödlampan med lysdiodslampor. Se vidare Glödlampa Nyckelord: glödlampa [23]; temperaturstrålning [29]; Värme [19446] Ursprunglig fråga: Ett tunt lager vatten ligger på ett fat som är isolerat mot underlaget. På natten sjunker lufttemperaturen till 1 grader och det är molnfritt. Kan vattnet på fatet frysa? Motivera ditt svar! Hur ska jag svara på bästa sätt? Svar: Om det är molnfritt är det nästan ingen instrålning av värmestrålning (infrarött/mikrovågor) från himlen. Utstrålningen är emellertid vad som motsvarar 1oC. Det betyder att vi har mer utstrålning än instrålning: temperaturen hos vattnet sjunker. Se vidare fråga 7130 . Om omgivande luftfuktigheten inte är för hög kommer en del av vattnet att förångas. Detta kräver en energi på 2260 kJ/kg (14203 ). Energi tas alltså från vattnet för att sänka temperaturen (2.1 kJ/kg.K) och bilda is (333 kJ/kg). Denna effekt används i snökanoner, se fråga 15592 . Nyckelord: vatten/is [49]; temperaturstrålning [29]; *vardagsfysik [64]; Ljud-Ljus-Vågor [19366] Svar: Man kan tycka att absorptionsförmågan inte borde vara relevant när man är intresserad av emission, men enligt Kirchhoffs strålningslag (fråga 9333 ) är spektrala absorptansen och spektrala emissiviteten lika. Maximal absorption ger alltså maximal emission av temperaturstrålning. Nyckelord: temperaturstrålning [29]; Blandat [18635] Ursprunglig fråga: När man räknar på jordens strålningsvikt och undantar växthuseffekten, är två vanliga antaganden som följer: 1. Jorden absorberar ca 70% av den infallande strålningen från solen. 2. Jorden strålar som en svartkropp. I mina ögon motsäger dessa två antaganden varandra. Om jorden endast absorberar 70% av den infallande strålningen så är den ju bevisligen ingen svartkropp. Vore det då inte rimligt att räkna med att jorden till 70% strålar som en svartkropp; d.v.s. att vi modifierar Stefan-Boltzmanns lag med en faktor 0,7. Räknar man dock på detta senare sätt spelar det ingen roll hur många procent av strålningen som jorden absorberar, eftersom dessa faktorer 0,7 tar ut varandra. Följden av detta blir att beräknad temperatur blir ca 6 grader C; vilket är alldeles för varmt (utan hänsyn tagen till växthuseffekten ska ju jordens temperatur landa på ca -15 grader C). Var tänker jag fel? Svar: Instrålningen från solen har sitt maximum i det synliga området (400-700 nm) eftersom solen har en temperatur på c:a 5800 K. Utstrålningen från jorden har sitt maximum i infrarött/mikrovågor eftersom temperaturen är c:a 300 K. Maxvåglängden ges av Wiens förskjutningslag, se fråga 12397 . Låt oss beräkna våglängderna för maximum för dessa temperaturer: Solen, T=5800 K Jorden, T=300 K Emissiviteten (e i Stefan-Boltzmanns lag, fråga 12397 ) är en funktion av våglängden och relaterad (lika med) absorptionsförmågan, se fråga 9333 . Eftersom jorden och solen sänder ut strålning vid vitt skilda våglängder, så finns det ingen anledning att emissiviteten (och absorptionsförmågan) skulle vara densamma. Att jorden och solen strålar i helt olika våglängdsområden förklarar alltså varför strålningen från solen (ljus) kan ta sig igenom atmosfären medan strålningen från jorden (infrarött) stoppas av atmosfären, se figuren i fråga 12668 . I fråga 16846 beräknas jordens temperatur från strålningsbalansen. Fråga 17681 behandlar en liknande fråga om vita värmeelement. I fråga 14936 behandlas selektiva absorbanter. Nyckelord: växthuseffekten [36]; temperaturstrålning [29]; Ljud-Ljus-Vågor [18448] Svar: En svart kropp som strålar kan låta konstigt, men definitionen på svart är att all inkommande strålning absorberas. Att sedan kroppen kan sända ut temperaturstrålning (kallas ibland svartkroppsstrålning) är en helt annan sak. Även solen är en ganska bra approximation för en svart kropp! En matt, svart yta är en hygglig approximation på en svartkropp.
I Cavity_radiation#Blackbody_simulators ges ett par ännu bättre exempel. Nyckelord: temperaturstrålning [29]; ljusreflektion [18]; Värme [18250] Ursprunglig fråga: Svar: Energiinnehållet i torr ved är enligt Energy_density#Common_energy_densities 16 MJ/kg. Ångbildningsvärmet för vatten är 2.3 MJ/kg. Om vatteninnehållet är 30% så utvecklas 0.7*16=11.2 MJ. För att förånga vatteninnehållet går det åt 0.3*2.3=0.7 MJ. Nettoenergiinnehållet blir alltså 11.2-0.7=10.5 MJ. Förhållandet torr ved/fuktig ved blir alltså 16/10.5=1.5. Det mesta av effektförlusten kommer sig av att vattnet inte ger något bidrag till energiutvecklingen. Totalt sett är det alltså inte ångbildningsvärmet som är den stora effekten utan det faktum att massa försvinner vid torkning. Den fuktiga vedklabben ger alltså nästan samma totala energiutveckling om man torkar den. Men den som eldat med fuktig och torr ved vet att det är en enorm skillnad! Det måste alltså vara en annan effekt som dominerar, t.ex. hur effektivt värmen transporteras till rummet. Det är självklart att torr ved brinner bättre (vid högre temperatur) än fuktig ved. Den utstrålade effekten per m2 ges av Stefan-Boltzmanns lag (Stefan–Boltzmann_law ): P = sT4 där konstanten s=5.67*10-8 W/m2/K4 och T är den absoluta temperaturen i kelvin. Vi har alltså för strålning ett mycket häftigt beroende av temperaturen. Låt oss anta att temperaturen är 1000 K med torr ved och 750 K med fuktig. Strålningen är då 1.334=3 gånger högre för torr ved. (De uppskattade temperaturerna är från länk 1 sidan 4.) Men vi måste självklart bevara den totala energin, hur går det ihop? Om förbränningen sker långsamt vid lägre temperatur kommer en större andel av värmen försvinna ut i skorstenen. Eftersom man knappast vill ha någon konvektion (strömning) av rökgaser ut i rummet, så är det strålningen (värmestrålning och synligt ljus) som värmer upp spisen och rummet. Effektiviteten hos spisen är alltså mycket beroende på temperaturen, som i sin tur beror av fuktinnehållet i veden. Se även Wood_fuel . Nedanstående bild är därifrån. Nyckelord: *vardagsfysik [64]; temperaturstrålning [29]; Ljud-Ljus-Vågor [17681] Svar: Dessutom sprids en hel del värme genom konvektion (Konvektion ). Nyckelord: temperaturstrålning [29]; Ljud-Ljus-Vågor [16419] 2 Om man ligger och "solar" i svarta kläder - hur mycket av
uppvärmningen beror på adsorbtion av synligt ljus, och hur mycket beror på absorbtion av ir-strålning? Svar: 2 Det är svårt att säga men radiansen (intensiteten) i synligt ljus är mycket större. Dessutom är det inte givet att svart (absorberar mycket synligt ljus) är "svart" (högabsorberande) i infrarött. Detta kan göra den synliga delen av spektrum ännu viktigare. Se även fråga 14936 nedan. Se även fråga 12668 Nyckelord: temperaturstrålning [29]; Ljud-Ljus-Vågor [14936] Ursprunglig fråga: Svar: 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 . Se även fråga 12793 Nyckelord: solenergi [14]; Kirchhoffs strålningslag [4]; temperaturstrålning [29]; 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 [14668] Ursprunglig fråga: Svar: I en fri gas med låg densitet är atomerna fria och stör inte varandra så mycket. Strålningen uppkommer då i övergångar mellan diskreta tillstånd (tillstånd med en väldefinierad energi), och man får ett linjespektrum. Detta beror inte på temperaturen på annat sätt än att populeringen av exiterade tillstånd (dvs hur många atomer som i medeltal befinner sig i ett visst tillstånd) varierar med temperaturen. För att atomen skall kunna befinna i högt exiterade tillstånd krävs hög temperatur eller något annat som exciterar dem, t.ex. elektroner som accelererats av spänningen över ett lysrör. I en fast kropp eller en gas med högre densitet (som den synliga ytan på solen) kolliderar atomerna hela tiden och man har elektroner som rör sig fritt. När dessa fria elektroner accelereras (kolliderar) utsänds strålning med en energi som är slumpmässig men fördelningen bestäms av materialets temperatur. Man får ett kontinuerligt spektrum. Den kosmiska bakgrundsstrålningen (se kosmisk bakgrundsstrålning ) skapades när universum var mycket ungt, varmt och med hög densitet. Universum var då ogenomskinligt. När universum svalnade blev det genomskinligt (detta skedde när universum var 379000 år), och bakgrundsstrålningen har varit frikopplad från materian sedan dess. För närvarande motsvarar fördelningen av strålningen en temperatur av 2.7 K. Black Body Radiation innehåller en härledning av strålningslagen och lite resonemang om hur absorption och emission "går till". Se även fråga 12564 Nyckelord: temperaturstrålning [29]; Ljud-Ljus-Vågor [14613] Svar: Detta används för att få vackra färger på fyrverkerier: natriumsalter ger gul färg, koppar blå, strontium röd och barium grön. Se vidare Fyrverkeri#Ingredienser_i_fyrverkerier och länk 1.
Ett temperaturstrålande gult objekt skulle ha en temperatur på c:a 6000 grader (som solens yta). Detta är uppenbarligen mycket högre temperatur än vad man har i en gnista! Se även fråga 12409 Nyckelord: spektrum [11]; temperaturstrålning [29]; #ljus [63]; Ljud-Ljus-Vågor [14368] Ursprunglig fråga: Svar: 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: 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. Nyckelord: temperaturstrålning [29]; Kirchhoffs strålningslag [4]; 1 http://www.pasco.com/prodCatalog/TD/TD-8554_thermal-radiation-cube-leslies-cube/ Universum-Solen-Planeterna [13938] Ursprunglig fråga: Svar: 4p r2 = 4p*(6.37*106)2 = 5*1014 m2 = 5*1018 cm2 Effekten per cm2 som i ett jämviktstillstånd måste transporteras genom jordytan blir 1013/5*1018 = 2*10-6 kal/cm2/s Nu är jorden ganska inhomogen, speciellt är det stor skillnad mellan land och hav. Detta beror dels på jordskorpans varierande tjocklek och dels på variationer i sammansättningen. Den uppmätta energitransporten är i havsområden 2.4*10-6 kal/cm2/s och i landområden 1.4*10-6 kal/cm2/s. Ovanstående medelvärde är i god överensstämmelse med dessa värden. Hur stor är uppvärmningseffekten från jordens inre jämfört med solstrålningen? Låt oss börja med att göra om till SI-enheter 2*10-6 kal/cm2/s = 2*10-2 kal/m2/s = 0.08 W/m2 eftersom 1 kalori är c:a 4 joule. Solarkonstanten, dvs den från solen instrålande effekten är 1370 W/m2, se fråga 13917. Värmen från jordens inre ger alltså ett mycket litet bidrag även med hänsyn taget att solstrålningen fördelas på ytan p r2 (cirkelyta) medan jordvärmen fördelas på ytan 4p r2 (klotyta). Om vi, som frågan sade, bortser från solstrålningen, vilken temperatur skulle jordytan ha? Transporten av energi ut från jorden kan bara ske med elektromagnetisk strålning, s.k. temperaturstrålning. Den utstrålade effekten per m2 ges av Stefan-Boltzmanns lag: P = sT4 där konstanten s=5.67*10-8 W/m2/K4 och T är den absoluta temperaturen i kelvin. Tillämpning av denna på energiflödet från jordens innandöme ger 0.08 = 5.67*10-8 T4 dvs T4 = 1400000 och T = 34 K eller -239oC (brrrr...) Detta gäller om jorden kan betraktas som en absolut svart kropp, dvs om den absorberar all inkommande strålning. Observera att vad vi räknat ut är temperaturen vid jordytan. Temperaturen i jordens inre är ju mycket högre (jordens inre är ju flytande). Man har en temperaturgradient (ökande temperatur med ökat djup) som bestäms av värmeledningsförmågan, se figuren i fråga 19301 . Tack Per-Gunnar Andreasson, Geologi, Lund för uppgifter om jordens inre! Tillägg 12/11/08: De isotoper som bidrar mest till uppvärmningen är 40K, 232Th och 238U (halveringstider 1.3 Ga, 14 Ga och 4.5 Ga [Ga=miljarder år]). Om man visste hur mycket av dessa isotoper som finns i jordens inre, skulle man lätt kunna räkna ut effektutvecklingen. Men man kan inte komma åt att analysera vilka halter dessa spårämnen har. Seismologiska data ger bra information om huvudsammansättningen, men spårämnena måste man uppskatta från halterna i meteoriter och solatmosfären. I länk 1 föreslår man att man skall mäta ovanstående sönderfall genom att detektera neutriner. Dessa tar sig lätt genom jordens inre och kan detekteras på ytan. Genom att mäta neutrinernas antal, energi och vilken riktning de kommer ifrån, kan man räkna ut hur mycket av ovanstående isotoper som finns i jordens inre, och därmed få en direkt mätning av effektutvecklingen. Mätningen är emellertid ganska svår och kräver stora och dyra detektorer. Se även fråga 13917 Nyckelord: jordens inre [14]; temperaturstrålning [29]; radioaktivt sönderfall [38]; solarkonstanten [6]; *geologi [16]; Ljud-Ljus-Vågor [12564] Svar: Se även Planck's_law . Nyckelord: Plancks strålningslag [6]; temperaturstrålning [29]; Ljud-Ljus-Vågor [12409] Ursprunglig fråga: Svar: Solens "yta" (fotosfären) sänder ut temperaturstrålning, dvs elektromagnetisk strålning som utsänds från varje kropp med temperatur över absoluta nollpunkten. Maximum för denna fördelning ligger i gult för solytans temperatur, c:a 6000 grader. Temperaturstrålningen för en s.k. absolut svart kropp (en kropp som absorberar all strålning som kommer in) beror bara på temperaturen, inte sammansättningen. Spektrum för temperaturstrålningen visas nedan för några temperaturer; figuren kommer från Radiation Laws . Genom att mäta upp vid vilken våglängd maximum ligger, kan man bestämma temperaturen hos en kropp. Det är så man bestämt solytans temperatur till c:a 6000oC. En gaslåga sänder ut ett
linjespektrum, dvs ett spektrum som består av spektrallinjer. Vilka linjer som utsänds beror på atomernas egenskaper. Så färgen på gaslågan beror på atomernas energinivåer. Försök: tänd en bunsenlåga och justera den så den är blå. Kasta lite koksalt i lågan. Vad händer? Effekten beror på natriumet i NaCl. Se vidare temperaturstrålning och
linjespektrum i Nationalencyklopedin . Temperaturstrålning (även kallad svartkroppsstrålning, ett begrepp som är förvirrande) behandlas även i Svartkropp . Nyckelord: spektrum [11]; Plancks strålningslag [6]; temperaturstrålning [29]; #ljus [63]; Ljud-Ljus-Vågor [9333] Svar: 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. Nyckelord: temperaturstrålning [29]; Kirchhoffs strålningslag [4]; #ljus [63]; 1 http://www.mzwtg.mwn.tum.de/fileadmin/w00bmt/www/Arbeitspapiere/Schirrmacher_2001_1.pdf Ljud-Ljus-Vågor [176] Ursprunglig fråga: Svar: Ett spektrum får man när man delar upp ljuset efter våglängd eller frekvens. Ett kontinuerligt spektrum innehåller ljus av alla våglängder (t.ex. temperaturspektrum). Ett diskret spektrum består av ett ändligt antal ljusa linjer (t.ex. emissionsspektrum). Bandspektra är typiskt för molekyler och beror på att molekyler kan både vibrera och rotera, se bilden nedan. Tydliga linjespektra kommer från atomer. Dessa som alltid är sfäriska kan varken rotera eller vibrera. Det enda sättet för en atom att ha extra energi är att elektronerna får högre energi. I emissionsspektra ser man ljusa linjer medan man i absorptionsspektra skickar vitt ljus genom ett prov. Man ser då mörka linjer. Se nedanstående bild. Det kontinuerliga spektrat till vänster (riktning 1) kallas temperaturspektrum (se temperaturstrålning ) eftersom utseendet endast beror av den utsändande kroppens temperatur. Om man tittar på lampans temperaturspektrum genom ett gasmoln, så kommer vissa våglängder att absorberas. Vi får ett absorptionsspektrum (riktning 3). Om man i stället tittar på gasmolnet från sidan, så kommer man att se ljusa linjer - ett emissionsspektrum (riktning 2). För ett visst gasmoln är våglängderna för linjerna samma i emission som absorption förutom att vissa linjer ibland saknas i absorptionsspektrat, se fråga 15042 . Man kan fråga sig varför man får mörka linjer i riktning 3 när de våglängder som absorberas i gasmolnet sänds ut igen. Anledningen är att de sänds ut i alla riktningar (t.ex. i riktning 2), så det kommer färre fotoner av de absorberade/utsända våglängderna i riktning 3. Röntgenspektra har mycket kortare våglängd än synligt ljus. Dessa spektra består av två komponeneter: dels kontinuerligt, dels ett karakteristiskt spektrum. Studera: Studera olika spektra från gasurladdningslampor med hjälp av spektroskop. För att se absorptionsspektrum kan Du på motsvarande sätt studera solljuset. /Gunnar O/Peter E Nyckelord: spektrum [11]; temperaturstrålning [29]; #ljus [63]; * Universum-Solen-Planeterna [705] Fråga:Jag har en fråga. I vår naturkunskapsbok vi hade i under första året på gymnasiet, stod det att den kosmiska bakgrundstrålningen är ett av de främsta bevisen för Big Bang teorin. Det var däremot inte förklarat varför den är det, och det kunde vår lärare inte heller svara på. Så min fråga är, varför är den kosmiska bakgrundstrålningen ett bevis för Big Bang? /Viktor A, Kattegattsgymnasiet, Halmstad Svar: Denna strålning som fyller hela rymden har samma våglängdsfördelning som strålningen från en svart kropp med temperaturen 2,7 K, se nedanstående figur. Den är mycket homogen dvs kommer lika mycket från alla håll. På senare tid har man dock upptäckt små inhomogeniteter. Varför bevisar denna strålning Big Bang-teorin? Om man tänker igenom det scenario som universum gick igenom enligt Big Bang så var det väldigt varmt i början. Det måste då även finnas en gas av fotoner som har samma våglängdsfördelning som inne i en svart kropp. När sedan universum expanderar och svalnar så svalnar också fotongasen. Vid den tidpunkt då elektroner och protoner (samt en del heliumkärnor) slog sig ihop och bildade atomer blev universum genomskinligt och fotongasen blev "frikopplad" från materien och utvecklade sig självständigt. Detta skedde ungefär 380000 år efter big bang. Denna utveckling innebar att alltmedan universum expanderade så avkyldes bakgrundstrålningen. Räknar vi på det så får vi svaret att temperaturen idag ska vara ca 3 K. Det är svårt att tänka sig en annan mekanism som ger en bakgrundsstrålning och dess egenskaper är precis de vi förväntar oss enligt Big Bang-scenariet. Läs: Boken "Perspektiv på Universum" beskriver både bakgrundsstrålningen och Big Bang bra. Se även Big_bang . /GO/lpe Nyckelord: kosmisk bakgrundsstrålning [19]; big bang [37]; temperaturstrålning [29]; *
Frågelådan innehåller 7624 frågor med svar. ** Frågelådan är stängd för nya frågor tills vidare **
|
Denna sida från NRCF är licensierad under Creative Commons:
Erkännande-Ickekommersiell-Inga bearbetningar.