Udstråling

[knudr]

I Jyllandsposten læser jeg i dag:

"Sne gør natten kold

Niels Hansen forklarer, at nætterne bliver særligt kolde, hvis der ligger sne på jorden.

"Sne på jorden er med til at øge udstrålingen, fordi det er en hvid overflade," siger han. ”Skyfrit vejr er også med til at øge udstrålingen, fordi skyerne holder på varmen, mens vindstille forhold forhindrer, at mild luft fra havet omkring Danmark blæser til undsætning."

Det der med skyerne og vinden forstår jeg godt. Men at den hvide farve skulle øge udstrålingen forstår jeg ikke.
Som jeg hidtil har forstået det, er stråling afhængig af temperaturforskel i materialerne, og ikke hvilken farvede har.
Er der en forklaring, som jeg kan forstå?

[harbst]

Man har et begreb, som kaldes det abolut sorte legeme. Det absorberer al stråling og reflekterer intet.
Dets stråling er kun bestemt af temperaturen.

virkelighedens objekter reflekterer mere eller mindre. Nogen næsten intet og andre næsten alt.

Det følger af energibalancesætningerne at der må være et fast forhold mellem hvad der absorberes og hvad der udståles, eller kunne vi lave en "evighedsmaskine" bare ved stråling mellem to forskellige materialer.

Når nogen materialer absorberer mindre må de derfor også stråle mindre, og deres stråling er ikke kun bestemt af temperaturen.

Typisk er de næsten fuldt strålende sorte, og de mindre strålende hvide.
Strengt taget er farven jo noget vi kun knytter til det synlige lys, medens varmestråling ved lave temperaturer (sne)  afgøres af emisionsevnen for længere bølger.
Jeg ved ikke om sne er sort for infrarødt lys.

[John Larsson]

Jeg tror ikke at den virkning, som meteorologerne hentyder til, handler så meget om sne er "sort" eller "hvid" for forskellige bølgelængder, men at sneen som substans er meget isolerende! Det øverste snelag kan blive ved med at udsende varme ud i universets kolde intet, altså meget hurtigere end der kan ske en varmetransport fra marken under sneen op igennem snelaget!

[knudr]

"Sne på jorden er med til at øge udstrålingen, fordi det er en hvid overflade," siger meteorologen.

Det er den påstand jeg anfægter. Altså hvis jeg maler mine radiatorer i huset sorte, så vil de udstråle mindre, og derved blive mindre effektive.
Er det sådan det er?

[Mikael Boldt]

Sne er ikke hvid!

Sne er iskrystaller som alle virker som små spejle og derfor reflekterer varme/kulde stråling.

Sne er en god isolator på grund af den luft som holdes inde i sneen. Det er derfor den sidste rest af en snebunke kan ligge i mange dage efter foråret er brudt ud.

Det er ikke overfladens farve men ruhed som afgør reflektionen.

[John Larsson]

"Sne på jorden er med til at øge udstrålingen, fordi det er en hvid overflade," siger meteorologen.

Det er den påstand jeg anfægter. Altså hvis jeg maler mine radiatorer i huset sorte, så vil de udstråle mindre, og derved blive mindre effektive.
Er det sådan det er?

Næh, meteorologen er galt afmarcheret med selve årsagen ("...fordi det er en hvid overflade...) til at det bliver koldere, og udstrålingen bliver heller ikke større men mindre! Det er bare det at det isolerende lag gør, at de øverste iskrystaller i sneen bliver koldere end hvad en ikke snedækket mark bliver, hvor der transporteres mere varme fra dybere lag i marken op (og faktisk resulterer i en totalt større udstråling!) men fra en overflade som holdes varmere, og hvor det aller nederste luftlag heller ikke afkøles så meget, som når udstrålingen sker fra snedækket!

Harbsts forklaring er der ikke noget galt ved; det er bare det at meteorologen har læst den (den står sikkert også i hans lærebog!) som fanden læser Bibelen og så undgik han (meteorologen) den egentlige årsag! Man må have lidt overbærenhed med disse meteorologer i fjernsynet. De skal jo efterhånden tilsyneladende beskæftige sig med alt andet end vejret, og derfor kommer de vel nemt til at glemme hvad der har stået i deres lærebøger! ;-)

[Morten Jødal]

Det forekommer mig, at alle hidtidige debattører i denne tråd (samt meteorologen, hvis påstand startede den) har fat i hver et hjørne af et kompliceret problem, men ikke kan se hinandens hjørner!

Jeg skal ikke opkaste mig til overdommer, men vover alligevel den provokerende påstand: Meteorologen har ret!
Det skyldes simpelthen det temperaturbegreb, han fagligt opererer med - nemlig den jordnære atmosfæres temperatur:
Officielle lufttemperaturmålinger foretages 2 meter over jordoverfladen i en ventileret skærm eller i en termometerhytte som er et hvidmalet skab med jalousivægge.
Resten af forklaringen kan læses HER.

Sne er HVID (undskyld Mikael Boldt, du har fat i noget rigtigt, men ikke i definitionen på "hvid"), hvilket vil sige, at den reflekterer (næsten) al stråling.
Klimatologer opererer med begrebet albedo (se link), og her topper sne i forhold til alle andre udbredte jordoverflader.
At det er rimeligt at afgrænse til synligt lys, hænger sammen med, at synligt lys dækker størstedelen af Solens udstråling. Se linket fra Egaa Gymnasium (som er fra et lærergenereret leksikon, ikke en elevrapport.

Dette vil sige, at i dagtimerne opsamler en snedækket jordoverflade ikke væsentlige mængder varme fra Solen, og i nattetimerne sørger samme snelag (som ganske rigtigt er isolerende på grund af snes lave densitet) for, at varme ikke undviger til atmosfæren. Derfor falder temperaturen i 2 meters højde.

Der kan siges meget mere om dette emne - og jeg er ikke i stand til kvalificeret at sige nær det hele! - men det er en kendsgerning, at omfanget af snedække var en af de første ting, der blev lagt ind i klimamodellerne, da computernes fremkomst muliggjorde brug af sådanne. Det meget mere komplicerede skydække, som også har en høj albedo, men ligger højere og derfor har en helt anden virkning på klimaet, er kommet sil langt senere og er nok ikke færdiganalyseret endnu.

[knudr]

Jeg accepterer at hvid sne reflekterer varmestråling og at sne isolerer godt.

Deraf følger osse at et snelag forhindrer opvarmning ved ved indstråling og forhindrer jordvarmen i at forsvinde pga isoleringsevnen. Og disse to forhold kan gøre meteorologens påstand "Sne gør natten kold"  sandfærdig.

Men det har jo intet at gøre med om et legemes overflade udstråler forskellig energimængde, afhængig af hvilken farve har.

Meteorologens påstand var jo "Sne på jorden er med til at øge udstrålingen, fordi det er en hvid overflade".

Så jeg vil indtil videre holde fast på at udstrålingsmængden alene afhænger af temperaturforskellen mellem "afsender" og "modtager" helt uafhængig af overfladernes farve.

[harbst]

Så jeg vil indtil videre holde fast på at udstrålingsmængden alene afhænger af temperaturforskellen mellem "afsender" og "modtager" helt uafhængig af overfladernes farve.

Men det er ganske enkelt forkert.

Læs en fysikbog om varmeståling fra faste legemer.  stråling fra gasser er en helt anderledes kompliceret affære.

[knudr]

Tak, Harbst
for en præcis udmelding. Jeg går på loftet efter en egnet fysikbog.

[Morten Jødal]

Meteorologens påstand var jo "Sne på jorden er med til at øge udstrålingen, fordi det er en hvid overflade".

Meteorologens påstand er upræcis, men ikke forkert.
Jfr. mit forrige indlæg er jeg ret sikker på, at han i virkeligheden mener udstrålingen i dagtimerne - hvorved der altså opsamles mindre varme i jordoverfladen, som kan overføres til den allerlavesste atmosfæredel om natten. Med hensyn itl en mere præcis forklaring kan jeg kun støtte harbst.

Og så kan jeg lige tilføje, at jeg vist ikek fik præciseret sidst, at "hvid" normalt defineres ud fra menneskers synsopfattelse, altså nær 100% udstråling7refleksion i området 400-700 nm. Synligt lys er ikke samme område for alle levende organismer. Markant er det, at bier er blinde for rødt lys, men har et syn der rækker pænt op i det ultraviolette område. Hvilket betyder, at valmuer, der står med store flotte røde blomster med en underlig sort kølle i midten af hvert kronblad, for bier vil fremtræde som klare lyse ultraviolette blomster (de sorte køller), som er fremhævet af, at der er "ingenting" i et stort område udenom - de store røde kronblade, der fremtræder sorte for bierne.

[John Larsson]

Meteorologens påstand er upræcis, men ikke forkert.
Jfr. mit forrige indlæg er jeg ret sikker på, at han i virkeligheden mener udstrålingen i dagtimerne - hvorved der altså opsamles mindre varme i jordoverfladen, som kan overføres til den allerlavesste atmosfæredel om natten.

Dét er jeg ret sikker på at meteorologen ikke mener, Morten! Det er den isolerende virkning der betyder noget; det er også derfor at man kan registrere frostgrader i varme ørkenområder, altså om natten i den tørre luft som ikke hindrer varmeudstrålingen! Forudsætningen er bare at ørkenens øverste lag er let "flyvesand" med korn af ca samme størrelse, som netop isolerer meget effektivt, sådan at varme fra dybere liggende lag ikke kan nå at erstatte varmeudstrålingen fra det aller øverste sandlag!

[Morten Jødal]

Dét er jeg ret sikker på at meteorologen ikke mener, Morten!

Nu vil jeg ikke længere diskutere, hvad meteorologen kan have ment.
Men jeg har prøvet at google sagen (jeg har ikke nogen tilstrækkelig autoritativ bog om termiske forhold). De faglige kilder jeg har fundet, er alle lidt vattede i deres udtryk - så ingen af dem er værd at citere for at det er SÅDAN! Men stort set er de enige om, at der ikke er nogen nær sammenhæng mellem absorption og emission af varme i forskelligt farvede stoffer - de fleste henviser til at studere kvantemekanik for at se årsagen, og det har jeg ikke lyst til. En enkelt kilde - som er lærervejledning til et gymnasiefysikforsøg - skriver direkte: "Det overraskende er, at sort og hvidt har samme emissionsevne." Se HER
Jeg må derfor ændre min tidligere opfattelse og påstår nu, at meteorologens forklaring grundlæggende set er forkert. Det samme gælder harbsts påstand tidligt i tråden om, at absorption og emission følges ad.

I stedet har vi altså to andre faktorer på spil:
1. Den hvide sne reflekterer sollys effektivt i dagtimerne og forhindrer derfor opvarmning af jorden
2. Sne isolerer effektivt og bremser derfor også  for varmeafgivelse fra jorden til atmosfæren i nattetimerne.
Varmekapaciteten af selve atmosfærens gasser er meget lav sammenlignet med jordoverfladen.
Resultatet er altså, at sammenhængen er præcis som meteorologen skriver, men hans simple forklaring holder ikke.
Sne isolerer ikke fordi den er hvid, men den er hvid fordi dens meget specielle krystalstruktur giver en stærk brydning ved alle synlige bølgelængder.
Og samme specielle krystalstruktur tillader, at 90-95% af sneen faktisk er indelukket luft - så sne isolerer af nøjagtig samme årsag som rockwool og glasuld.

[knudr]

Ja, hvorfor al den snak om reflektion og absorption, når det er eller rettere var emission (udstråling) det handlede om. Jeg er glad for at du har brugt natten på søge, og især er glad for, at i hvert fald jeg synes, at have lidt ret.

Altså:
"Det overraskende er, at sort og hvidt har samme emissionsevne."

Om forskelle i materialeoverfladen nede på molekyle- eller atomniveau kan gøre en forskel i udstrålingen er måske en mulighed, men den er sikkert nul eller minimal?

Jeg var på loftet efter en fysikbog, men fandt kun gamle matematikbøger.

[Mads Aggerholm]

Jeg mener ellers i tidens løb at have hørt spørgsmålet om hvorfor kvinder i arabiske (og andre) lande går i sorte burkaer i stedet for hvide (som jo reflekterer mere stråling).

Forklaringen var, at farven sort udstråler mere varme end hvid - og dermed køler bedre (??)

Det har jeg ærligt talt aldrig forstået en brik af. Og det er så også det stik modsatte der bliver sagt af meteorologen.

MEN: Når vi nu antager, at hvid reflekterer mere varmestråling end sort, så må den hvide sne (ud over sin isolerende effekt med iblandet luft) jo også reflektere jordens varmestråling tilbage til jorden - sneen er jo også hvid på undersiden?
Var sneen nu sort, ville den absorbere mere varmestråling fra jorden og dermed selv blive varmere, og igen stråle denne varme videre op i luften?

Et hvidt stykke stof der er varmt er vel heller ikke kun varmt på overfladen? Det stof som er "indeni" stråler vel også varme i alle retninger - som så bliver reflekteret af det omkringværende stof. Dvs. et hvidt stykke stof vil have sværere ved at transportere varme ud til overfladen hvor den kan "stråle videre" ud i rummet - og i øvrigt også afkøles af luften?
Sagt på en anden måde: Hvide materialer (burde) isolere bedre end sorte.

Men den effekt er muligvis forsvindende ved almindelige stoftykkelser (~ ½ - 1 mm)