Eenvoudige natuurkunde van het "broeikas effect"

[patrickve]

Oorspronkelijk geplaatst door <!-- / message -->

Goed uitgelegd Pat. Behalve dat je volgens mij één misrekening maakt. Volgens mijn onbescheiden onbeschofte koppige mening natuurlijk. Er wordt namelijk bijna geen IR afgestraald naar het oneindige.

Waaw. Mijn kin is net op mijn klavier gevallen.

IR straling naar het oneindige is de ENIGE manier om energie kwijt te spelen voor een ruimte lichaam zoals de aarde.

Gezien de aarde straling ontvangt en die niet volledig terugkaatst, moet ze wel degelijk warmte terug naar het oneindige sturen, of anders zou haar temperatuur continu toenemen, he.

Maw, de hoeveelheid stralingsenergie die de aarde verlaat, moet identiek zijn aan de hoeveelheid stralingsenergie die de aarde ontvangt (bij evenwicht). Een deel verlaat de aarde in het zichtbare gebied (dat is het albedo), omdat het teruggekaatst wordt. De rest moet wel in het IR gebeuren. En het is hierover dat we het allemaal hebben. Behalve terugkaatsing in het UV (dat dus bij het albedo hoort), heeft de aarde geen enkele manier om warmte om te zetten in UV. Maar de aarde heeft wel een manier om warmte om te zetten in IR: zwarte-lichaamsstraling.

Neem uwen thermos, en stop daar een elektrisch verwarmingselement in. Zien wat er gebeurt.

Dat is net hetzelfde als met de zon, alleen is de temperatuur daar groot genoeg om wat voor de aarde "IR" is, ginder "zichtbaar licht" te zijn.

Elke planeet straalt IR uit, en dat wordt ook goed waargenomen in IR astronomie.

[<!-- / message -->]

Ja, sorry voor uw keyboard en uw gemerkt voorhoofd. Maar.

IR wordt veroorzaakt door atomen die vibreren aan de elastiekjes waarmee ze samen hangen en IR veroorzaakt het vibreren van atomen aan hun elastiekjes.

De atomen van c0² hebben meer elastiekjes dan zuurstof en vibreren dus gewoon gemakkelijk onder invloed van IR straling.

In feite ontneemt een molecule energie aan IR straling door ze om te zetten in kinetische energie. Die IR straling is na dat haar energie ontnomen is verandert.

Die kinetische energie moet niet noodzakelijk terug verdwijnen via IR straling.

Het elastiekje kan bijvoorbeeld breken. Dan ontsnapt er een atoom aan de molecule. Beide overgebleven elementen komen strakker in hun elastiekjes te zitten. Wat hun kinetische mogelijkheden, dus hun absorptie en uitstraling verandert.

Als c0² breekt in c0 + 0 dan gaat dit c0 iets uitstralen dat door 0³ geabsorbeerd kan worden.

Het spontaan uitgestraalde IR moet ook niet noodzakelijk van dezelfde frequentie zijn als het opgenomen IR. c0² kan IR in frequentie verschuiven zodat het in de frequentie banden opduikt die door wolken geabsorbeerd worden. En die hebben zo hun eigen manier om af te rekenen met warmte.

c0² en wolken (en waarschijnlijk ozon) kunnen samen zo een frequentie-lens vormen. Ze kunnen een brede band aan IR focussen naar een kleinere frequentie band, of zelfs het IR verschuiven in het spectrum.

De elastiekjes kunnen ook strakker komen te zitten onder invloed van temperatuur. Aan opgewarmd c0² kan warmte onttrokken worden door andere moleculen in het grote mengsel. Zuurstof, stikstof, noem maar op.

Maw, de hoeveelheid stralingsenergie die de aarde verlaat, moet identiek zijn aan de hoeveelheid stralingsenergie die de aarde ontvangt (bij evenwicht).

Dat is maar raar. De stralingsenergie blijft geen stralingsenergie. Energie neemt de vorm van onder andere straling aan. Maar blijft zeker geen straling in haar hele bestaan. Of waar dacht je dat jouw teergeliefde convectie begint ?

Bovendien betekent evenwicht in deze een evenwicht in alle vormen van energie. Ik geloof ook nooit dat moederke aarde enkel energie ontvangt in de vorm van straling.

Het is dus zeer waarschijnlijk dat uw model slechts een onderdeel is van de correcte verklaring.

Nu ja, als gij er vrede mee neemt. Het is al goed zeker.

[patrickve]

Oorspronkelijk geplaatst door <!-- / message -->

IR wordt veroorzaakt door atomen die vibreren aan de elastiekjes waarmee ze samen hangen en IR veroorzaakt het vibreren van atomen aan hun elastiekjes.

De atomen van c0² hebben meer elastiekjes dan zuurstof en vibreren dus gewoon gemakkelijk onder invloed van IR straling.

In feite ontneemt een molecule energie aan IR straling door ze om te zetten in kinetische energie. Die IR straling is na dat haar energie ontnomen is verandert.

Die kinetische energie moet niet noodzakelijk terug verdwijnen via IR straling.

Da's allemaal goed en wel, ik zal dat niet tegenspreken. Maar CO2 moleculen botsen ook onderling, en met O2 moleculen, en dergelijke meer, en hierbij wordt zowel interne vibratie-energie als translatie energie uitgewisseld, op zulke manier dat het geheel heel snel in een lokaal thermisch evenwicht geraakt. En op diezelfde manier worden er fotonen IR straling uitgezonden, en terug geabsorbeerd, en zo verder... Al dat gaat zich op een bijzondere manier verdelen, die gekend is in de statistische thermodynamica. Wat we hier microscopisch aan het beschrijven zijn, is niets anders dan een lokaal thermodynamisch evenwicht, en het evenwicht met IR straling is niks anders dan... zwarte-lichaamsstraling gewogen met de emissiviteit (de piekjes die overeen komen met je elastiek-frequenties).

Met andere woorden, niet nodig van in dat microscopisch domein te duiken, de "macroscopische" evenwichtsbeschrijving is goed genoeg en bevat al al die gecombineerde verschijnselen.

Het elastiekje kan bijvoorbeeld breken. Dan ontsnapt er een atoom aan de molecule. Beide overgebleven elementen komen strakker in hun elastiekjes te zitten. Wat hun kinetische mogelijkheden, dus hun absorptie en uitstraling verandert.

Om een "elastiekje te breken" zal je niet toekomen met IR straling, hoor. IR straling is gewoon niet energetisch genoeg.

Het spontaan uitgestraalde IR moet ook niet noodzakelijk van dezelfde frequentie zijn als het opgenomen IR. c0² kan IR in frequentie verschuiven zodat het in de frequentie banden opduikt die door wolken geabsorbeerd worden. En die hebben zo hun eigen manier om af te rekenen met warmte.

"af te rekenen met warmte" ?

c0² en wolken (en waarschijnlijk ozon) kunnen samen zo een frequentie-lens vormen. Ze kunnen een brede band aan IR focussen naar een kleinere frequentie band, of zelfs het IR verschuiven in het spectrum.

Kijk, dat is allemaal maar heel raar wat je zegt, hoor. Het is natuurlijk juist dat geabsorbeerde IR straling niet op dezelfde frequentie moet uitgestuurd worden, maar de thermodynamica schrijft voor dat het uitgezonden moet worden volgens een zwarte-lichaamscurve gewogen met emissiviteit.

En daar stopt het verhaaltje hoor.

Dat is maar raar. De stralingsenergie blijft geen stralingsenergie. Energie neemt de vorm van onder andere straling aan. Maar blijft zeker geen straling in haar hele bestaan. Of waar dacht je dat jouw teergeliefde convectie begint ?

Straling blijft natuurlijk geen straling. Zoals je zelf zegt kan het omgezet worden in aangeslagen vibratietoestanden, moleculaire bewegingsenergie, latente warmte (verdampt water), al wat je maar wil.

Maar op 't einde moet het weer weg van de aarde, en dan is er maar 1 manier: straling. Er is geen enkele andere manier voor een lichaam in de ruimte om warmte kwijt te geraken.

Nu kan de ganse aarde maar 1 soort straling uitstralen, en dat is IR straling, via zwarte-lichaamsstraling. Dus kan de aarde zich draaien en keren zoals ze wil, ze zal heter en heter worden, tot ze uiteindelijk evenveel warmte kan kwijtspelen als ze er ontvangen heeft, en gezien het enige poortje "straling, IR straling" is, zal het op die manier moeten gebeuren.

Vandaar dat er geen keuze is.

[<!-- / message -->]

Dus kan de aarde zich draaien en keren zoals ze wil, ze zal heter en heter worden, tot ze uiteindelijk evenveel warmte kan kwijtspelen als ze er ontvangen heeft, en gezien het enige poortje "straling, IR straling" is, zal het op die manier moeten gebeuren.

Ik hoor het u graag zeggen. Want dat brengt ons terug naar het begin.

Dat IR straling het enige poortje is zou ik niet durven stellen. Of is er geen energie betrokken bij magnetisme, zwaartekracht, rotatie en massa ? Bent u zeker dat een warmere aarde niet trager of sneller gaat orbitten ? Ik niet. Maar dat ter zijde.

Terug naar het begin dus.

Zonder atmosfeer zou het -18°C zijn. Dat is dus bij optimale IR afstraling. Wat is het nu gemiddeld ? 24 °C ? Een verschil van ruw weg 40°C.

Je kan stellen dat die oneindige grote slopkop van een ruimte bij optimale omstandigheden ons via IR absorptie kan afkoelen tot -18°C.

Maar dat doet die stoute ruimte vandaag helemaal niet. Er is dus een onevenwicht dat zich zou opstapelen mocht de zon de gehele omtrek noord-zuid-oost-west tegelijk zou bestralen. Maar dat doet die brave zon helemaal niet. Bovendien moeten we dat opstapelen relativeren. Een opstapeling van 1/10000 ste graad is ook een opstapeling, en we zijn al een tijdje bezig. De energie huishouding is namelijk een toestandsfunctie.

Maar vandaag warmen we onmiskenbaar en snel op. Is de inkomende straling fel verandert ? Nee.

tot ze uiteindelijk evenveel warmte kan kwijtspelen als ze er ontvangen heeft, en gezien het enige poortje "straling, IR straling" is, zal het op die manier moeten gebeuren.

Er kan dus (volgens u) enkel maar warmte aan ons onttrokken worden via IR straling. Er wordt vandaag minder warmte aan ons onttrokken dan gisteren. Als we nu c0² daar als schuldig voor veroordelen. Dan moet een verklaring van dit effect verklaren waarom er via IR straling minder warmte aan ons wordt onttrokken door toedoen van c0².

De enige theorie die een verdienstelijke poging doet breekt u af op basis van gas expansie wetten. Ook verdienstelijk, maar niet overtuigend als verklaring voor het volledige plaatje. En dat stelt u zelf vast. Je kan zelfs in vraag stellen of u nu een gevolg of een oorzaak in kaart brengt.

[Tavek]

Oorspronkelijk geplaatst door <!-- / message -->

Goed uitgelegd Pat. Behalve dat je volgens mij één misrekening maakt. Volgens mijn onbescheiden onbeschofte koppige mening natuurlijk. Er wordt namelijk bijna geen IR afgestraald naar het oneindige.

Om dat nu eens visueel voor te stellen.

Men neme een thermoskan. Die bestaat uit een isolerend omhulsel en een op temperatuur te houden inhoud. Nu gaan we de isolatie perfect maken door energie te gebruiken die opgewekt word door de inhoud.

Euh. Dat is een goeie.

Hang een IR detector in orbit en kijk eens naar de aarde hoe die oplicht als een kerstboom.

Gedaan dus:


Planck's black body theory. Die 280K lijn. Dat is wat de aarde uitstraalt mocht het een perfect black body zijn. Dat is het niet, aangezien ze ook nog albedo heeft (en greenhouse gasses die dingen absorberen, dat ziet ge ook in dat figuurke).

De aarde reflecteert in een breed spectra (duh anders zou ge de planeet niet zien) maar zendt uit in het IR spectrum. Dat is ook de reden waarom dat als ge naar de achterkant van de aarde (tov zon) kijkt ge donkerte ziet, maar oh wee, met een IR detector is het net een kerstboom !

[<!-- / message -->]

Schoon gat bij die c0².

Moet er papier zijn ?

[<!-- / message -->]

En.

De zwarte lijn zou dus bij benadering neerkomen op een -18°C vandaag ?

Hmm ?

[<!-- / message -->]

Jullie stellen dus dat mocht onze zwaartekracht 2 keer zo sterk zijn het broeikast effect ook ongeveer 2 keer zo afwijkend zou zijn. Met meer zwaartekracht krijg je een kleinere protosfeer. Minder hoogte om warmte te verliezen. Meer % van de atmosfeer in die onderste laag. Dus minder ruimte voor expansie.

Dat zou dan volgens jullie ook het zwarte lichaam stralingslichaam en dus de uitstraling drastisch veranderen.

Ik heb daar mijn twijfels bij.

Ter referentie: venus heeft een zwaartekracht dicht bij die van moederke aarde.

[Tavek]

Oorspronkelijk geplaatst door <!-- / message -->

En.

De zwarte lijn zou dus bij benadering neerkomen op een -18°C vandaag ?

Hmm ?

Neen. Dat is de black body radiation by 280 K.

[Tavek]

Oorspronkelijk geplaatst door <!-- / message -->

Schoon gat bij die c0².

Moet er papier zijn ?

Dat is inderdaad de reden waarom een evenwicht hebben dat hoger ligt als -18 graden (of -24, naargelang de bron).

Bij een hogere black body temperatuur straal je meer energie uit.

[Tavek]

Oorspronkelijk geplaatst door <!-- / message -->

Jullie stellen dus dat mocht onze zwaartekracht 2 keer zo sterk zijn het broeikast effect ook ongeveer 2 keer zo afwijkend zou zijn. Met meer zwaartekracht krijg je een kleinere protosfeer. Minder hoogte om warmte te verliezen. Meer % van de atmosfeer in die onderste laag. Dus minder ruimte voor expansie.

Dat zou dan volgens jullie ook het zwarte lichaam stralingslichaam en dus de uitstraling drastisch veranderen.

Ik heb daar mijn twijfels bij.

Ter referentie: venus heeft een zwaartekracht dicht bij die van moederke aarde.

En waar stellen wij dat ?

[patrickve]

Oorspronkelijk geplaatst door <!-- / message -->

Dat IR straling het enige poortje is zou ik niet durven stellen. Of is er geen energie betrokken bij magnetisme, zwaartekracht, rotatie en massa ? Bent u zeker dat een warmere aarde niet trager of sneller gaat orbitten ? Ik niet.

Ik wel. Maar goed.

Zonder atmosfeer zou het -18°C zijn. Dat is dus bij optimale IR afstraling. Wat is het nu gemiddeld ? 24 °C ? Een verschil van ruw weg 40°C.

Allez, 15, en een verschil van 33 graden zijn de meer officiele cijfers, maar bon. Ok.

Je kan stellen dat die oneindige grote slopkop van een ruimte bij optimale omstandigheden ons via IR absorptie kan afkoelen tot -18°C.

Oh, da's maar een rare manier van stellen. Het wil zeggen dat de aarde, als het als zwart lichaam zou werken, genoeg warmte kan kwijtstralen aan uniform -18 graden, om er evenveel uit te stralen als ze ontvangt.

Maar dat doet die stoute ruimte vandaag helemaal niet. Er is dus een onevenwicht dat zich zou opstapelen mocht de zon de gehele omtrek noord-zuid-oost-west tegelijk zou bestralen. Maar dat doet die brave zon helemaal niet. Bovendien moeten we dat opstapelen relativeren. Een opstapeling van 1/10000 ste graad is ook een opstapeling, en we zijn al een tijdje bezig. De energie huishouding is namelijk een toestandsfunctie.

Ik snap niet wat je bedoelt, want de ruimte "zuigt geen warmte aan", en de zon, welja, die bestraalt de aarde wel degelijk. En in de balans is natuurlijk het gemiddelde opgenomen, van dag/nacht en zo.

Maar vandaag warmen we onmiskenbaar en snel op. Is de inkomende straling fel verandert ? Nee.

Ok.

Maar kijk, ik ben hier de huidige aarde niet aan 't "verklaren". Ik ben het broeikas effect aan 't uitleggen. Ik ben aan het uitleggen welk fysisch mechanisme ervoor zorgt dat als je op een speelgoedaarde die aan uniforme temperatuur is aan de oppervlakte, en waar geen winden zijn en andere dingen, en waar geen wolken zijn, en zo verder, het toevoegen van CO2 aan de atmosfeer een vermindering van uitgestraalde IR veroorzaakt volgens fysisch goed gekende eigenschappen. Daadwerkelijke metingen op de werkelijke aarde kunnen ook andere effecten bevatten, en hebben als dusdanig geen numerieke betekenis in het kader van deze oefening. Dus, laat huidige opwarming die waargenomen is misschien maar achterwege bij het beoordelen van dit schoolvoorbeeld. We zitten wel met de goeie grootte ordes, maar we hebben hier geen totaal klimaatsmodel voor de werkelijke aarde.

Er kan dus (volgens u) enkel maar warmte aan ons onttrokken worden via IR straling. Er wordt vandaag minder warmte aan ons onttrokken dan gisteren.

Ja.

Als we nu c0² daar als schuldig voor veroordelen. Dan moet een verklaring van dit effect verklaren waarom er via IR straling minder warmte aan ons wordt onttrokken door toedoen van c0².

Juist. Enfin, 't is andersom eigenlijk. Ik zoek niet naar een "schuldige", ik ga na wat het verwachte gevolg is, in een vereenvoudigde situatie, van het toevoegen van CO2, en stel vast dat dat leidt tot een verminderde IR uitstraling.

De enige theorie die een verdienstelijke poging doet breekt u af op basis van gas expansie wetten. Ook verdienstelijk, maar niet overtuigend als verklaring voor het volledige plaatje. En dat stelt u zelf vast. Je kan zelfs in vraag stellen of u nu een gevolg of een oorzaak in kaart brengt.

Ik breek niks af. Trouwens, netto gezien LIJKT het er zelfs op dat die CO2 inderdaad als een soort filter werkt. Maar gewoon stellen dat het als een filter werkt, mist een heel belangrijk punt, namelijk de her-uitzending van thermische straling door CO2.

Nog eens, voor de vijfentwintigste keer: daar waar CO2 sterk absorbeert, verschuift het emissiepunt naar boven in de troposfeer. Omdat het daar kouder is, gaat het gas dat voor die emissie zorgt, thermisch minder uitzenden. Voor die frequenties *lijkt het er dus op alsof de CO2 die lijnen minder heeft doorgelaten*. Maar dat komt enkel omdat het daar kouder is.

Mocht het daar even warm zijn als aan het aardoppervlak, dan zou je die absorptielijnen niet zien.

Mochten we, om een of andere manier, net boven het aardoppervlak, zeg maar, een 50 meter dikke zuivere CO2 laag hebben die zich niet mengt met de rest van de atmosfeer (omdat ze "vastgelijmd" is of zo, weet ik veel), dan zou je daar GEEN ENKEL effect op zien in de uitstraling, gewoon omdat die laag wel veel straling van het oppervlak zou absorberen, maar er ook evenveel uitzenden, omdat ze op dezelfde temperatuur zit. IPV het oppervlak, zou nu die laag van 50 meter dikte als "zwart lichaam" werken voor die frequenties, en dat zou dus hetzelfde afstralen.

Als je CO2 puur als "passief filter" zou zien, dan is zoiets niet te begrijpen, en dat is trouwens een van de opmerkingen die sommige klimaatskeptici maken. Ze stoppen evenveel CO2 in een ballon als er boven een vierkante meter in de ganse atmosfeer zit, en ze stellen vast dat zoiets niks verwarmt.

Omdat de filterende CO2 hier op dezelfde temperatuur zit als de "uitzender", gaat het zelf evenveel IR uitzenden als het blokkeert, en dat doet dus netto niks.

Maar omdat het naar boven toe kouder wordt, gaat de blokkerende CO2 zelf minder uitzenden dan het geblokkeerd heeft van warmere onderliggende uitzenders, en netto gaan we dus "absorptielijnen" zien, ALSOF het CO2 enkel maar filterde.

[patrickve]

Oorspronkelijk geplaatst door <!-- / message -->

Jullie stellen dus dat mocht onze zwaartekracht 2 keer zo sterk zijn het broeikast effect ook ongeveer 2 keer zo afwijkend zou zijn. Met meer zwaartekracht krijg je een kleinere protosfeer. Minder hoogte om warmte te verliezen. Meer % van de atmosfeer in die onderste laag. Dus minder ruimte voor expansie.

Nooit over nagedacht, maar nu ge het zegt. Ik ben er niet zeker van, zou eens moeten narekenen. Ik denk het eerlijk gezegd niet. Want de lapse rate wordt dus wel dubbel zo groot, maar aan de andere kant komt het emissiepunt ook lager te liggen omdat de laatste zwarte laag ook lager ligt (alles is meer samengedrukt). Je krijgt wel hogere drukken die de absorptielijnen dikker maken.

[patrickve]

Oorspronkelijk geplaatst door <!-- / message -->

En.

De zwarte lijn zou dus bij benadering neerkomen op een -18°C vandaag ?

Hmm ?

Nee, de totale energie die in dat spectrum zit, gemiddeld over de ganse aarde, moet EVEN GROOT zijn als die van een zwarte-lichaamsstraling van -18 graden.

Maar de vorm is anders, omdat er bijdragen zijn van stukken die warmer zijn (het oppervlak), en stukken die kouder zijn. In de absorptiegaten zit namelijk straling die van een black-body spectrum afkomstig is aan een veel lagere temperatuur (namelijk, opnieuw, die van de "laatste zwarte laag" voor die frequentie, die vrij hoog kan liggen). Het is dus een puzzel van verschillende stukjes "zwarte-lichaamscurve".

[<!-- / message -->]

Ik ben aan het uitleggen welk fysisch mechanisme ervoor zorgt dat als je op een speelgoedaarde die aan uniforme temperatuur is aan de oppervlakte, en waar geen winden zijn en andere dingen, en waar geen wolken zijn, en zo verder, het toevoegen van CO2 aan de atmosfeer een vermindering van uitgestraalde IR veroorzaakt volgens fysisch goed gekende eigenschappen.

Nu kan de ganse aarde maar 1 soort straling uitstralen, en dat is IR straling, via zwarte-lichaamsstraling. Dus kan de aarde zich draaien en keren zoals ze wil, ze zal heter en heter worden, tot ze uiteindelijk evenveel warmte kan kwijtspelen als ze er ontvangen heeft, en gezien het enige poortje "straling, IR straling" is, zal het op die manier moeten gebeuren.

De eerste uitspraak is waarschijnlijk waar over een periode van gisteren op vandaag.

De tweede uitspraak is waarschijnlijk waar over een periode van geboorte tot sterfdatum van de aarde.

[patrickve]

Oorspronkelijk geplaatst door <!-- / message -->

De eerste uitspraak is waarschijnlijk waar over een periode van gisteren op vandaag.

De tweede uitspraak is waarschijnlijk waar over een periode van geboorte tot sterfdatum van de aarde.

Kijk, de eerste hoofdwet van de thermodynamica, ook wel de wet van behoud van energie genoemd, geeft een verband tussen de "interne energie" en de inkomende en uitgaande energie fluxen - op een bijna triviale wijze.

dU = dQ_in - dQ_uit

Het zegt dat de interne energie toeneemt met het verschil tussen de inkomende en de uitgaande energie (nogal wiedes - komt neer op het idee dat energie niet kan gecreeerd of vernietigd worden).

Als er dus minder energie verloren gaat dan er toekomt, dan wil dat zeggen dat de interne energie opslag toeneemt. Dat kan zijn onder de vorm van "potentiele" energie, door chemische veranderingen, dat kan zijn onder de vorm van "latente warmte" (door smelten van vaste stoffen, of door het verdampen van vloeistoffen), en, tenslotte, door het toenemen van de temperatuur. In de veronderstelling van een "steady state" waarbij samenstelling niet verandert, is dat laatste de enige optie. Om te weten HOE LANG HET GAAT DUREN, moet je de warmtecapaciteit Cp kennen, want als je die kent, en je kent de energietoename, kan je daaruit de temperatuurstoename berekenen.

De atmosfeer heeft ongeveer 10 ton gas per vierkante meter (in de kolom boven een vierkante meter) en de warmte kapaciteit van lucht is ongeveer 1000 J per kg per graad K. De warmtecapaciteit van die luchtkolom is dus ongeveer 10^7 J per graad K per vierkante meter. Bij een onbalans van, zeg maar, 3 watt per vierkante meter heb je dus ongeveer 10^7 J per graad / 3 watt = 3.3 miljoen seconden nodig om die 1 graad op te warmen, ofte ongeveer 1000 uur, ofte anderhalve maand. Dus, mocht het hem enkel om de atmosfeer gaan hebben we ruw geschat dat op ongeveer anderhalve maand het 1 graad warmer zou worden zolang die 3 watt onbalans er zijn.

De oceanen hebben een veel grotere warmtecapaciteit. 5 kilometer diepte per vierkante meter, dat is 5000 kubieke meter water per vierkante meter, of te 5 miljoen liter. Een liter water heeft een warmtecapaciteit van ongeveer 4000 joule per graad. We hebben hier dus een capaciteit van 20 miljard, ofte 2 e^10 J per graad per vierkante meter. Het duurt dus ongeveer 2 000 keer langer om de ganse oceaan op te warmen met 1 graad dan om de atmosfeer op te warmen. We komen uit op grosso modo 200 jaar. Land heeft minder warmtecapaciteit, maar we kunnen doen alsof.

Nu is het zo dat niet de ganse diepte van de oceaan een rol speelt, en als enkel de "oppervlaktewateren" een rol spelen, dan gaat het natuurlijk veel sneller.

Hoewel dat dus wel enige vertraging geeft, zitten we heel ver van "de levensduur van de aarde".

Nota: het bovenstaande zijn hele ruwe schattingen. Ze geven enkel een idee van de grootte-orde.

[<!-- / message -->]

Nogal moeilijk om vast te stellen wat intern en extern is. Tenzij arbitrair.

Energie kan ook omgezet worden in arbeid. Al is dat voor warmte niet evident. Hoewel een temperatuur van -150°C in sommige lagen niet zo immens ver ligt van een uitnodiging tot omzetting.

Arbeid is niet meer dan veranderen.

Een systeem dat verandert, bijvoorbeeld opwarmt, verricht arbeid.

De d in uw formule staat trouwens voor verandering.

Een systeem in evenwicht verricht minder arbeid dan een systeem uit evenwicht. Het veranderen op zich moet dus ook als energie worden gezien. En dan spreken we over elke verandering. Zelfs rotatie.

Zonder het principe van verandering, arbeid dus, en zonder de vele vormen waar onder energie zich manifesteert en gedraagt kan je stellen dat de hoeveelheid straling die er in gaat ook terug naar buiten moet komen. Maar dat is niet het geval.

Nu zegt gij dat door compressie en decompressie van gassen onder invloed van de zwaartekracht de onderste laag een temperatuur huishouden kent dat alleen maar (afzwakken tot hoofdzakelijk) door dit mechanisme bepaald wordt. Maar dan heb je een probleem met de wet van behoud van energie. En om dat op te lossen stel je dat dit temperatuur huishouden wordt gecorrigeerd in een hogere laag door IR uitstraling.

Daardoor, zeg je, zijn de absorptie karakteristieken van c0² in het IR gebied niet van wezenlijke betekenis. Want wat het absorbeert geeft het (of iets waaraan het warmte op een andere manier heeft doorgegeven) ook weer af.

Maar je hebt nog een ander probleem. En dat los je op door extern ruimtelijk groter te maken dan intern. Je legt namelijk de laag waar er afgestraald wordt vast.

Het spijt me, maar dat ruikt naar gefoefel om waarnemingen binnen de gekende natuurwetten te wringen. Nu mag jij daar vrede in vinden. Ik niet.

[patrickve]

Oorspronkelijk geplaatst door <!-- / message -->

Nogal moeilijk om vast te stellen wat intern en extern is. Tenzij arbitrair.

Helemaal niet. De interne energie van een systeem is vrij goed gedefinieerd. Maar je schijnt - door onwetendheid, onwil, of zin voor trollen of weet ik veel - natuurwetten naargelang je voorkeuren "in" en "uit" te schakelen.

Energie kan ook omgezet worden in arbeid. Al is dat voor warmte niet evident. Hoewel een temperatuur van -150°C in sommige lagen niet zo immens ver ligt van een uitnodiging tot omzetting.

Arbeid is een vorm van energie, maar in het ganse klimaatgedoe speelt dat een rol die eigenlijk exact nul is, want er wordt nergens EXTERN arbeid op uitgeoefend. Arbeid die intern, tussen verschillende delen van het systeem, wordt uitgewisseld, verandert niks aan de uiteindelijke balans. Tenzij er ergens een groot vliegwiel is dat aangezwengeld wordt of zo en dat KONTINU arbeid kan blijven opnemen zonder er ooit weer terug door wrijving in warmte om te zetten.

Arbeid is niet meer dan veranderen.

Rare definitie van arbeid, zulle !

Een systeem dat verandert, bijvoorbeeld opwarmt, verricht arbeid.

Ge zijt hier nu toch wel gelijk wat uit uw botten aan 't slagen, hoor.

De d in uw formule staat trouwens voor verandering.

Joep.

Een systeem in evenwicht verricht minder arbeid dan een systeem uit evenwicht. Het veranderen op zich moet dus ook als energie worden gezien. En dan spreken we over elke verandering. Zelfs rotatie.

Je hebt een wel heel bijzondere conceptie van de thermodynamica

De grote "wetten" die je hier aanhaalt zouden je waarschijnlijk een kanjer van een buis kosten op een examen tweede kan thermodynamica:

- "energie kan worden omgezet in arbeid ook al is dat voor warmte niet evident"

- "arbeid is verandering"

- "een systeem dat verandert, verricht arbeid"

- "een systeem dat opwarmt verricht arbeid"

- "een systeem in evenwicht verricht minder arbeid dan een systeem uit evenwicht"

Amaai.

Zonder het principe van verandering, arbeid dus, en zonder de vele vormen waar onder energie zich manifesteert en gedraagt kan je stellen dat de hoeveelheid straling die er in gaat ook terug naar buiten moet komen. Maar dat is niet het geval.

Dan moet je mij eens vertellen onder welke andere vormen dan straling, energie de aarde kan verlaten (op een significante wijze).

Een paar suggesties, in de lijn van je nieuwe thermodynamica, die het toelaten van energie kwijt te raken zonder straling:

- onder de vorm van vibraties van het ruimte-tijd ectoplasma, gemoduleerd op de tonen van "thriller night" (sorry, liet me even gaan)
- door veel rapper rond de zon te draaien (het jaar wordt korter!), of op zijn eigen as (de dag wordt korter), en op de pot met de wet van behoud van draaiimpuls.
- door het aflaten van stoom in de ruimte (is niet totaal zinloos, maar niet genoeg)
- door het genereren van een elektrische stroom die door de zonnewind wordt meegevoerd (hum... weeral teveel sci-fi gelezen...)
- door het assembleren van uranium atomen uit fissieprodukten
- door het massaal afvuren van energetische neutrino's
- ?

of toch alleen maar straling ?

Nu zegt gij dat door compressie en decompressie van gassen onder invloed van de zwaartekracht de onderste laag een temperatuur huishouden kent dat alleen maar (afzwakken tot hoofdzakelijk) door dit mechanisme bepaald wordt. Maar dan heb je een probleem met de wet van behoud van energie.

Helemaal niet. Ik zie niet in waarom je dat zegt, maar ik zie ook niet goed in wat je onder "behoud van energie" verstaat, gezien je rare uitspraken van hierboven.

En om dat op te lossen stel je dat dit temperatuur huishouden wordt gecorrigeerd in een hogere laag door IR uitstraling.

Daardoor, zeg je, zijn de absorptie karakteristieken van c0² in het IR gebied niet van wezenlijke betekenis.

Dat wil jij altijd maar in mijn mond leggen, maar dat zeg ik nergens.

Want wat het absorbeert geeft het (of iets waaraan het warmte op een andere manier heeft doorgegeven) ook weer af.

Ja.

Maar je hebt nog een ander probleem. En dat los je op door extern ruimtelijk groter te maken dan intern. Je legt namelijk de laag waar er afgestraald wordt vast.

Eerste zin begrijp ik niet, tweede is juist.

Het spijt me, maar dat ruikt naar gefoefel om waarnemingen binnen de gekende natuurwetten te wringen. Nu mag jij daar vrede in vinden. Ik niet.

Wat vooral naar gefoefel ruikt, is wat jij hier allemaal neerschrijft.
Jouw thermodynamica ziet er niet echt conventioneel uit

[patrickve]

Ik zou even iets willen zeggen over de "energiebalans" van de compressie en de decompressie die bij convectie gebeurt, want hier schijnen misverstanden over te bestaan.

Er zijn twee verschillende systemen te beschouwen:
1) een individueel "ballonnetje lucht".
2) de ganse atmosfeer.

Convectie komt voort van de kracht uit de wet van Archimedes: als de dichtheid van iets kleiner is dan de dichtheid van het omliggende fluidum, dan is er een opwaartse kracht die gegeven wordt door het gewicht van het massaverschil tussen dat iets en het volume verplaatste fluidum.

Het "iets" is hier een (denkbeeldig) ballonnetje lucht. Als een ballonnetje lucht een ietsiepietsie warmer wordt dan zijn omgeving, dan gaat het een ietsiepietsie uitzetten. Hierdoor gaat het een klein beetje arbeid uitoefenen op zijn omgeving, maar merk op dat die arbeid kleiner is dan de hoeveelheid warmte die de lucht heeft ontvangen (cp = cv + R, wat wil zeggen dat de hoeveelheid arbeid door expansie gegeven is door R, de hoeveelheid "interne" opwarming gegeven is door cv en cp de totale hoeveelheid ontvangen warmte: gezien cv nog altijd positief is, is er dus nog steeds extra warmte opgeslagen in het uitgezette gas).

We hebben nu ons ballonnetje op "grondniveau" wat warmte energie gegeven (~ cp), daarvan is een deel omgezet in arbeid (~R) door uitzetting op grondniveau, en is er nog een hoeveelheid "interne" warmte (~cv) opgeslagen die de temperatuursverhoging inhoudt.

Maar nu is ons ballonnetje, op grond niveau, dus wat warmer, en wat minder dicht dan zijn omgeving, en nu gaat de wet van Archimedes hierop werken. Dat ballonnetje gaat dus stijgen. Bij dat stijgen gaat het arbeid blijven uitvoeren op zijn omgeving, want het gaat voortdurend uitzetten, maar het gaat hierbij nog steeds warmer blijven dan zijn omgeving, ook al gaat zijn absolute temperatuur dalen. Moest dat ballonnetje niks uitstralen, en geen warmte afstaan aan zijn omgeving, dan zou het helemaal boven aan de troposfeer komen te drijven. Alleen, dat ballonnetje gaat natuurlijk ook door geleiding warmte afstaan aan alle lagen die het tegenkomt, en ook door straling warmte afstaan, tot het alle extra warmte heeft afgestaan dat het teveel had. Die warmte wordt dus gedeeltelijk als straling weggestraald, en ook gedeeltelijk gewoon aan de rest van de lucht afgegeven door geleiding.

Merk op dat het ballonnetje maar heel weinig extra warmte nodig had om omhoog te gaan.

Maar laten we nu naar de rest van de atmosfeer kijken. Toen dat ballonnetje is opgestegen, bleef er een "gat" achter natuurlijk, en dat is opgevuld door een ganse kolom lucht die "naar beneden" is gezakt. Als ons ballonnetje, zeg maar, en kubus van 1 x 1 x 1 meter was, dan kan je je indenken dat er een kolom lucht van 1 vierkante meter van de hoogte tot waar het ballonnetje is gestegen, 1 meter naar beneden is gekomen. Die lucht is hierbij *samengedrukt* en de arbeid hiervoor is exact gelijk geweest aan de arbeid die het ballonnetje heeft uitgeoefend op zijn omgeving tijdens zijn voortdurende expansie bij het stijgen.

De arbeidsbalans van de ganse atmosfeer door deze convectie cyclus is dus (zo goed als) nul. Het stijgende ballonnetje oefent arbeid UIT op de rest van de atmosfeer, en de gedaalde kolom heeft evenveel arbeid ontvangen. Nul-operatie.
Of toch bijna, want er was nog de initiele expansie bij opwarming.

Welnu, als ons ballonnetje zijn warmte AFSTRAALT naar de ruimte (of indirect naar de rest van de atmosfeer) gaat het afkoelen, en weer samengedrukt geraken, en deze keer krijgt het dus arbeid van de omgeving. Dat laatste stukje compenseert dus de initiele arbeid ook nog. Netto-operatie nul niks noegabolle.

Het ballonnetje heeft eerst warmte in arbeid omgezet door expansie, eerst door "grond-expansie" bij opwarming, en dan bij verdere expansie bij stijgen, en die arbeid is terug in warmte omgezet bij de gedaalde (en samengedrukte) luchtkolom, en bij het terug inkrimpen als het ballonnetje zijn warmte is kwijtgeraakt.

[<!-- / message -->]

Oorspronkelijk geplaatst door patrickve

dU = dQ_in - dQ_uit

En dU = TdS -PdV + xdX + ....

of

dQ_in - dQ_uit = TdS -PdV + xdX + ....