Eenvoudige natuurkunde van het "broeikas effect"

[<!-- / message -->]

Let wel, ik heb hier twee voorwaarden gesteld:
- dat het geabsorbeerde spectrum een zwarte-lichaamsspectrum is aan een zekere temperatuur T
- dat de absorbeerder aan dezelfde temperatuur T is.

Alleen in uw trollenland wordt aan die voorwaarden voldaan.

[<!-- / message -->]

dat het dan precies EVENVEEL van die straling thermisch gaat uitzenden als het absorbeert.

Ja, onder strikte voorwaarden. Anders niet.

Zie hier uw schone zwarte straler.

[Tavek]

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

Ja, onder strikte voorwaarden. Anders niet.

Zie hier uw schone zwarte straler.

Ge snapt het concept black body radiation duidelijk niet.



Overigens kan de zon ook beschouwd worden als black body.

[<!-- / message -->]

Je kan ook arbeidsoverdracht hebben zonder verandering, als we met stationaire processen te maken hebben.

Een voorbeeld graag.

[<!-- / message -->]

Oorspronkelijk geplaatst door Tavek

Ge snapt het concept black body radiation duidelijk niet.

Wat is er nu niet te snappen aan een theoretisch concept en aan het feit dat het theoretish is ?

[patrickve]

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

Hoe zo ? Het is mij een compleet raadsel waar op aarde gij een ideale zwarte straler gevonden hebt. Tenzij in uw speeltuin.

ELK lichaam dat aan een eindige temperatuur zit, straalt zwarte-lichaamsstraling af, gemoduleerd met de emissiviteit. Emissiviteit is gelijk aan absorptie. Dat is wat de wet van Kirchhof zegt. Als een zekere frequentie voor 100% geabsorbeerd wordt, dan wordt die lijn ook uitgezonden zoals een perfect zwart lichaam dat zou doen.

Voor IR kan je het aardoppervlak bijna als perfect zwart lichaam beschouwen (emissiviteiten bijna gelijk aan 1 voor de meeste IR frequenties).

Voor een laag gas die een zekere lijn volledig absorbeert, werkt die ook als zwart lichaam (aan de temperatuur van die laag gas). Voor een laag gas en een lijn die slechts 10% is geabsorbeerd, zal de emissiviteit slechts 0.1 zijn, en zal de uitgestraalde straling dus 1/10de zijn van wat een perfect zwart lichaam aan de temperatuur van dat gas zou uitzenden.

En nu snap je misschien waarom dat een gas dat aan dezelfde temperatuur zit als de temperatuur van de zwarte straler waarvan ze de straling ontvangt, NIKS VERANDERT aan die straling: als ze 10% van de straling bij een zekere frequentie absorbeert, gaat ze ook 10% uitstralen, en de balans is dus 0. Als ze 90% absorbeert, gaat ze ook weer 90% uitstralen. En als ze alles absorbeert, gaat ze ook weer evenveel uitstralen.

Het is pas als de laag gas KOUDER is dan de straler waarvan ze de straling absorbeert, dat er een netto vermindering in uitgezonden vermogen zit, en dat het LIJKT alsof het gas de straling heeft "tegengehouden". Als ze bijvoorbeeld 10% absorbeert van de originele straling aan een hogere temperatuur, zal dat MEER zijn dan de 10% die ze uitstraalt van de zwarte-lichaamstraling van HAAR EIGEN temperatuur. En dus gaat er netto minder straling "uit" dan "in".

Niet moeilijk, toch ?

[Tavek]

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

Wat is er nu niet te snappen aan een theoretisch concept en aan het feit dat het theoretish is ?

Altijd antwoorden met een vraag.

Weet u wat ik denk als ik dat lees ? Die weet niet waar hij over lult.

Planck's law of black-body radiation
Wien's displacement law
Stefan–Boltzmann law

Overigens wordt dit gebruikt om bijvoorbeeld dmv pyrometers de temperatuur van objecten te bepalen.

[patrickve]

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

Ja, onder strikte voorwaarden. Anders niet.

Zie hier uw schone zwarte straler.

Wat wil je daarmee besluiten ? Dat het niet "zwart" ziet ?

Wat je daar hebt is een aanwijzing van temperatuursverschillen van de verschillende "laatste stralingslagen" van de verschillende delen, over het spectrum waar de foto in is gemaakt. Sommige stukken zijn warmer dan andere, en stralen dus meer uit.

Maar is dat een foto in het infrarood ? Welke frequentieband ?

[patrickve]

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

Een voorbeeld graag.

Een stationnair draaiende turbine + alternator ?

[patrickve]

Oorspronkelijk geplaatst door Tavek

Altijd antwoorden met een vraag.

Weet u wat ik denk als ik dat lees ? Die weet niet waar hij over lult.

Begin ik ook van overtuigd te zijn.

[<!-- / message -->]

Oorspronkelijk geplaatst door patrickve

En nu snap je misschien waarom dat een gas dat aan dezelfde temperatuur zit als de temperatuur van de zwarte straler waarvan ze de straling ontvangt, NIKS VERANDERT aan die straling: als ze 10% van de straling bij een zekere frequentie absorbeert, gaat ze ook 10% uitstralen, en de balans is dus 0. Als ze 90% absorbeert, gaat ze ook weer 90% uitstralen. En als ze alles absorbeert, gaat ze ook weer evenveel uitstralen.

Versus.

In een isothermische atmosfeer compenseren beide elkaar perfect en is er geen broeikaseffect. In een adiabatische atmosfeer werkt het "passief filter" sterker dan het "aktief straler" deel, juist omdat het aktief straler deel nu naar hogere, en koudere lagen is verplaatst. Door convectie wordt de adiabaat (de temperaruursvermindering met hoogte) in stand gehouden, en die adiabaat is onafhankelijk van het stralingstransport omdat convectie warmte transport hier dominant is.

Met de energie geabsorbeerd door c0² wordt arbeid verricht. Nu maakt het mij even niet uit welke arbeid. Toon mij nu eens een voorbeeld waarbij straling wordt omgezet in een andere vorm van energie en terug naar straling zonder rendementsverlies ?

[patrickve]

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

Met de energie geabsorbeerd door c0² wordt arbeid verricht. Nu maakt het mij even niet uit welke arbeid. Toon mij nu eens een voorbeeld waarbij straling wordt omgezet in een andere vorm van energie en terug naar straling zonder rendementsverlies ?

Je hebt ten eerste je gratis bewering dat er arbeid wordt verricht. Je zou dat nog eens moeten aantonen.

En ten tweede, al eens gehoord van de wet van behoud van energie, ook genoemd, de eerste hoofdwet van de thermodynamica ?

Want die thermische straling IS warmte, he. Ooit al eens gehoord waar warmte in arbeid wordt omgezet, en terug in warmte, en dat er ergens iets is verloren gegaan ?

[<!-- / message -->]

Oorspronkelijk geplaatst door patrickve

Een stationnair draaiende turbine + alternator ?

Is een voorbeeld van:

Je kan ook arbeidsoverdracht hebben zonder verandering, als we met stationaire processen te maken hebben.

?

Een stationaire toestand is een theoretisch concept. Het is als concept onontbeerlijk. Het is namelijk zo dat als er iets van toestand veranderd we omwille van de eenvoud de grondtoestand stationair noemen om het verschil tot zijn eenvoudigste uitdrukking te herleiden.

[<!-- / message -->]

en dat er ergens iets is verloren gegaan ?

Hoezo verloren gegaan ? Zeg ik dat dan ?

Als IR niet in een andere vorm van energie wordt omgezet ? Hoe komt dan jouw convectie systeem op gang ? En hoe verdeelt temperatuur zich over een gasmengsel ?

En hoe kan je deze andere vormen van energie weer omzetten in de zelfde hoeveelheid IR ?

[patrickve]

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

Een stationaire toestand is een theoretisch concept. Het is als concept onontbeerlijk. Het is namelijk zo dat als er iets van toestand veranderd we omwille van de eenvoud de grondtoestand stationair noemen om het verschil tot zijn eenvoudigste uitdrukking te herleiden.

Is dat nu met een random text generator gegenereerd of wil dat iets zeggen ?

[patrickve]

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

Als IR niet in een andere vorm van energie wordt omgezet ? Hoe komt dan jouw convectie systeem op gang ? En hoe verdeelt temperatuur zich over een gasmengsel ?

Omdat we van hogere temperatuur naar lagere temperatuur gaan, is er wat vrije enthalpie beschikbaar waar je dus een beetje arbeid mee kan doen. Maar de "arbeid" nodig voor convectie is minimaal (ik heb hier een post over geschreven die je natuurlijk ook weer hebt genegeerd), hoor.

Vergeet niet dat de warmte aan het aardoppervlak een iets hogere temperatuur, en dus een iets lagere entropie heeft dan diezelfde warmte aan lagere temperatuur.

En hoe kan je deze andere vormen van energie weer omzetten in de zelfde hoeveelheid IR ?

Omdat het IR aan een wat lagere temperatuur is, is er hier geen probleem met de tweede hoofdwet. En wat de eerste hoofdwet betreft, de totale hoeveelheid energie moet dus identiek zijn.

Maar het speelt hier maar een heel kleine rol, want het stukje "arbeid" is echt minimaal in verhouding tot de totale energieflux. Convectie *transporteert* essentieel warmte, maar doet dat met bijzonder weinig netto arbeid. Zoals ik uiteengezet had, is de arbeid die het ballonnetje stijgende lucht levert, zo goed als identiek aan de arbeid die de dalende luchtkolom krijgt. Het enige waar een klein verschil kan zitten, is de wrijving van de luchtkolom, die een deeltje van de arbeid zal omzetten in warmte. Dus wat er als warmte extra onttrokken is "beneden" (bij een iets hogere temperatuur) gaat als warmte uiteindelijk weer gedissipeerd worden aan een wat lagere temperatuur. In het geheel is er dus evenveel warmte, en wat meer entropie.

In een isotherme gaslaag is er geen convectie, en daar is absorptie en emissie van dezelfde IR identiek. Net zoals de moleculen in het gas de ganse tijd met elkaar botsen, zonder dat er netto verlies is aan kinetische energie, wordt IR straling onder isotherme condities geabsorbeerd en weer uitgestraald zoveel keren als je maar wil. En hierbij is er nergens macroscopische arbeid in 't spel.

[Knipp]

Hmm.
Ik kan de initiële post van patrickve toch niet echt rijmen met wat ik onder 'greenhouse effect' op wikipedia lees.

De uitleg van <!-- / message --> in post 23 ligt in elk geval veel dichter bij hoe ik een en ander begrijp.

Nu de rest van de clash es lezen

[patrickve]

Oorspronkelijk geplaatst door Knipp

Hmm.
Ik kan de initiële post van patrickve toch niet echt rijmen met wat ik onder 'greenhouse effect' op wikipedia lees.

De uitleg van <!-- / message --> in post 23 ligt in elk geval veel dichter bij hoe ik een en ander begrijp.

Nu de rest van de clash es lezen

Je bedoelt http://en.wikipedia.org/wiki/Greenhouse_effect

Die uitleg is nochtans vrij dicht bij wat ik schrijf, zulle. Het is wel wat "handwaving" maar kom.

Maar als je wat dieper wil duiken in de wetenschappelijke beschrijving van het basis broeikas effect, dan kan je dat beter hier vinden:

http://geosci.uchicago.edu/~rtp1/Cli...imateBook.html

Daar staat in de eerste paar hoofdstukken in wat ik hier heel beknopt aan 't zeggen geweest ben.

Het basis idee vind je in dat boek op blz 119, figuur 3.6.

De samenvatting vind je p 120:

The key insight to be taken from this discussion is that the greenhouse effect only works to the extent that the atmosphere is colder at the radiating level then it is at the ground.

Natuurlijk kan je oppervlakkig de "populaire" uitleg aannemen: CO2 "houdt sommige delen van het IR spectrum tegen". Dat LIJKT er ook goed op, want die stukken van het spectrum zijn minder intens aanwezig in de uitgaande straling. Dus lijkt het erop dat die "tegengehouden" is. Dat is ze ook in zekere mate.

Maar, zoals in de cursus van Pierrehumbert in 't lang en breed is uitgewerkt, en zoals ik dat hier heb proberen te vertellen, is het essentiele effect dat de straling in de "gaten" is uitgezonden door KOUDERE luchtlagen, en dat het DAARDOOR is dat die minder intens zijn.

Het belang hiervan is dat er vele verkeerde tegenwerpingen zijn tegen het broeikas effect zijn, die zich steunen op de "populaire uitleg" en in die mate zijn die trouwens correcte kritieken van die "populaire uitleg". Maar gezien die populaire uitleg een belangrijk aspect mist, is het geen kritiek op het (juist uitgelegde) broeikas effect, maar wel op een wat naieve voorstelling ervan.

Mijn bedoeling hier was gewoon van een wat dieper inzicht te geven in de natuurkunde van het basis broeikas effect - onder andere ook om kunnen te oordelen of sommige kritieken een fundament hebben of niet - en ook omdat het altijd leuk is om beter inzicht in sommige mechanismen te krijgen.

[<!-- / message -->]

[Knipp]

Vraag :
Kan Patrickve zich verzoenen met eerste schema van post 159 hierboven ?

Da's nl. een schema dat goed beantwoord aan m'n (welisweer zeer ondeskundig) inzicht in deze.

Kan dit schema als vertrekpunt dienen om de rol van co2 te situeren ?

If not, welke essentiële elementen ontbreken ?