Udstråling

[Morten Jødal]

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?

Desværre! Her går det galt med definitionen af "hvid", som både i almindelig tale og de fleste fagsprog går på synligt lys (der er sikkert specialer, hvor man bruger en bredere definition, ligesom lydfolk jo har taget "hvid" til sig som fagudtryk i forbindelse med "hvid støj", som omfatter alle frekvenser. Men lad os nu ikke gå til spidsfindigheder: Hvid betyder næsten fuld tilbagekastning af lys mellem 400 nm og 700 nm).
Med den definition er effekten på sneens underside forsvindende lille, for temperaturen skal op på omkring 600° før udstrålingen fra et varmt legeme bliver synlig - og ved den jordtemperatur er der ingen sne!
Når vi ser jorden farvet og ikke rent sort ved almindelige temperaturer, skyldes det tilbagekastning af lys ovenfra - ikke jordens egenstråling. Og spørgsmålet er derfor ikke relevant, når jordoverfladen er dækket.

[Mads Aggerholm]

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?

Desværre! Her går det galt med definitionen af "hvid", som både i almindelig tale og de fleste fagsprog går på synligt lys (der er sikkert specialer, hvor man bruger en bredere definition, ligesom lydfolk jo har taget "hvid" til sig som fagudtryk i forbindelse med "hvid støj", som omfatter alle frekvenser. Men lad os nu ikke gå til spidsfindigheder: Hvid betyder næsten fuld tilbagekastning af lys mellem 400 nm og 700 nm).
Med den definition er effekten på sneens underside forsvindende lille, for temperaturen skal op på omkring 600° før udstrålingen fra et varmt legeme bliver synlig - og ved den jordtemperatur er der ingen sne!
Når vi ser jorden farvet og ikke rent sort ved almindelige temperaturer, skyldes det tilbagekastning af lys ovenfra - ikke jordens egenstråling. Og spørgsmålet er derfor ikke relevant, når jordoverfladen er dækket.

Jo, men er sne ikke "hvid" (og dermed "tilbagekastende") ved højere bølgelængder, eksempelvis 10 μm?
Jeg er godt klar over, at hvad der er "synligt hvid" sagtens kan være kulsort når man bruger andre bølgelængder (og vice versa), men der er vel ikke nogen sammenhæng i øvrigt, således at hvid i 400-700 nm-området automatisk betyder sort i μm-området?

[Morten Jødal]

Jo, men er sne ikke "hvid" (og dermed "tilbagekastende") ved højere bølgelængder, eksempelvis 10 μm?

Der er overhovdet ingen sammenhæng mellem faste stoffers refleksion/absorption/emission ved forskellige bølgelængdeområder. Jeg har ingen præcis kurve for sne, men du kan sagtens have ret.
Hvad jeg imidlertid forsøger at skrive er, at undersiden at et snedække ikke modtager sollys i nær samme omfang som oversiden. Da sne i et vist omfang er transparent, afhænger forskellen naturligvis af lagtykkkelsen - men den er under alle omstændigheder høj.
Et helt praktisk eksempel: Jeg er til møde et sted og skal køre hjem. Under mødet har det sneet 2-3 cm, og jeg sætter mig ind i min bil, starter motoren og lader viskerne køre en enkelt tur. Forskellen på lysniveauet er ganske evident! (jeg bruger selvfølgelig skraberen for at få større synsfelt og på de øvrige ruder - men når det er nysne er den første tur med viskerne ganske effektiv og arbejdsbesparende)
Jeg antager derfor i dette simple overslag at jordoverfladen ikke modtager lys fra oven, og dens termiske udstråling er endog særdeles lav ved både høje og lave bølgelængder - sammenlignet med intensiteten i sollys.
Udstrålingen fra et absolut sort legeme følger Stefan-Boltzmanns lov, som siger at den er en konstant gange T⁴. Ved 0°C er den totale udstråling, fordelt over alle bølgelængder, derfor ca. en faktor 100 lavere end ved de tidligere nævnte 600°.
Med andre ord antager jeg, at alle strålingseffekter i bunden af snelaget er forsvindende.
I praksis synes jeg da heller ikke man ser sneen smelte hurtigere på en svagt befærdet villavej med sort asfalt end på det grå fortov eller den grønne græsplæne ved siden af - hvis vi ikke gør noget ved den.

P.S. Mit link beskriver strålingen fra et absolut sort legeme og herunder, at der for et sådant er total symmetri mellem absorption og emission. Men fra mange andre kilder har jeg oplysningen, at det langtfra er tilfældet i virkelige legemer med andre farver end sort.

[Mads Aggerholm]

Jo, men jeg tænkte nu på varmestrålingen fra jorden og ud i universet:

Ingen sne giver jo ingenting der kan spærre for udstrålingen af varme fra jorden.

Ligger der (hvid) sne, vil det vel reflektere varmen tilbage ned i jorden(?)

Ligger der noget sort asfalt, vil det absorbere varmestrålingen fra jorden, selv blive varmt, og stråle denne varme videre ud i universet.

Dermed burde et lag hvid, varmereflekterende sne i sidste ende give mindre varmeudstråling fra jorden - ikke mere!

[Morten Jødal]

Dermed burde et lag hvid, varmereflekterende sne i sidste ende give mindre varmeudstråling fra jorden - ikke mere!

Det tror jeg du har fuldstændig ret i - det er simpel logik.
Vi er vel efterhånden også enige om, at meteorologens forklaring er forkert.
Men når der er mindre varmeudstråling fra jorden, ingen indstråling ovenfra og meget ringe varmekapacitet i selve atmosfærens gasser, som til gengæld kan stråle frit ud i verdensrummet - så bliver der også koldere i 2 meters højde.
Det har bare ikke noget at gøre med sneens hvide farve.

[John Larsson]

Jo, men jeg tænkte nu på varmestrålingen fra jorden og ud i universet:

Ingen sne giver jo ingenting der kan spærre for udstrålingen af varme fra jorden.

Ligger der (hvid) sne, vil det vel reflektere varmen tilbage ned i jorden(?)

Ligger der noget sort asfalt, vil det absorbere varmestrålingen fra jorden, selv blive varmt, og stråle denne varme videre ud i universet.

Dermed burde et lag hvid, varmereflekterende sne i sidste ende give mindre varmeudstråling fra jorden - ikke mere!

Nu skal man jo hele tiden tænke på om den varmetransport man kan konstatere skyldes varmeledning, varmestråling eller varmestrømning. De forskellige transporttyper kan godt samvirke, men når man vil bekæmpe eller fremme en varmetransport, er det vigtig at vide, hvad det er der dominerer i det aktuelle tilfælde!

I det det oprindelige spørgsmål drejer sig om her, er der ikke så megen strømning der har betydning, men lokalt kan den have meget stor betydning, da kold luft jo samles i lavninger, og over søer og vandløb.

I dit asfalteksempel er der (modsat en snedækket overflade og ørkensandet i mit tidligere svar!) hovedsaglig en varmeledning som holder overfladen varm, hvilket naturligvis giver en stor udstråling, men ikke nødvendigvis en overflade med en lav temperatur!

Snedækket, og specielt da et snedække med tør og luftig sne, hindrer effektivt varmetransporten op igennem snelaget ved at luften er lukket inde i en masse hulrum og ved at kontaktpunkterne mellem iskrystallerne forhindrer varmeledningen. Strålingsvarmen fra jordlaget under sneen bliver effektivt stoppet allerede når den møder de nederste iskrystaller i snelaget og derfor kan vi helt bortse fra den her!

Eksemplet med ørkensandet minder om snedækket. Når sandkornene har stort set samme størrelse kommer der luft mellem dem. Det er nu ikke så meget, maksimalt ca 22 % (1-[pi/4]), hvis sandkornene er kuglerunde og har en ens størrelse, men det der betyder noget her, er at varmeledningen mellem sandkornene er meget dårlig pga de små kontaktpunkter! Når vi plages af meget varm sand under vores bare fødder på en badestrand, kan vi jo opdage denne dårlige varmeledning, ved at bore fødderne lidt dybere ned i sandet!

[knudr]

Jeg skrev tidligere:

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

Det tror jeg ikke længere. Jeg har ligget og tænkt i nat. Det er bedre (for mig) end at læse gamle fysikbøger.

Nu tror jeg at strålingen fra et materiale alene er  afhængig af temperaturen, -jo højere temperatur jo højere stråling.
Når der er mindre udstråling fra jorden på en overskyet nat, er det fordi skyerne jo osse er varme (måske 0 grader) og derfor stråler på jorden og "ophæver" udstrålingen.
Når der er stor udstråling fra jorden en skyfri nat, er det fordi der ingen indstråling er, verdensrummet er i nærheden af minus 270 grader.

Men stadig uafhængig af overfladernes farve.

Tror jeg?

[John Larsson]

Jeg skrev tidligere:

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

Det tror jeg ikke længere. Jeg har ligget og tænkt i nat. Det er bedre (for mig) end at læse gamle fysikbøger.

Nu tror jeg at strålingen fra et materiale alene er  afhængig af temperaturen, -jo højere temperatur jo højere stråling.

Der kan absolut komme meget godt ud af at ligge og tænke om natten, men jeg har lidt svært ved at se hvad forskellen er!

Mht. farve og stråling, så vil jeg ikke p. t. sige noget om udstråling, men jeg har en gang haft en bil i gammeldags blåsort lak. Den kunne jeg nemt spejle et æg på, når den havde stået lidt solen; dét kan man ikke med hvide eller sølvfarvede biler!

[knudr]

Ja, John
Sorte matte overflader absorberer næsten al indstråling, og bliver derfor varmere.
Lyse og blanke overflader reflekterer næsten al indstråling, og ændrer derfor næsten heller ikke temperatur.

[harbst]

Jeg går ud fra at der med varmere menes højere temperatur.

Nu er temperaturen på en flade ikke kun bestemt af varmestrålingen, men også af anden varmetransport til omgivelserne.

Hvis det kun drejer sig om stråling vil temperaturen ikke påvirkes af farven.

Hvis man tænkte sig en hel varmeisoleret beholder som indvendig havde et vidt og et sort felt vil de to ved stråling komme i balance ved samme temperatur. Der hvor meget absorberes, vil tilsvarende meget udstråles.
Det følger af energisætningerne.

[Morten Jødal]

Hvis man tænkte sig en hel varmeisoleret beholder som indvendig havde et vidt og et sort felt vil de to ved stråling komme i balance ved samme temperatur. Der hvor meget absorberes, vil tilsvarende meget udstråles.
Det følger af energisætningerne.

På det dybeste fundamentale niveau har du ret, harbst.
Men når du skriver "balance", hvormed jeg går ud fra du mener temperaturligevægt, har du misset pointen i trådens oprindelige spørgsmål og en række beslægtede fænomener - for der når aldrig at blive ligevægt under praktiske forhold!
Det er en kendsgerning, at en sort bil bliver meget hurtigere ubehageligt varm af at stå i solen end en hvid.

Dertil kommer, at den absolutte symmetri mellem absorption og emission af stråling kun gælder for absolut sorte legemer. For farvede stoffer vil den endelige ligevægt ganske vist nås uafhængigt af farven, men absorption og emission kan sagtens ske ved forskellige bølgelængder, herunder de store områder, der ligger uden for det synlige område. Udstrålingshastigheden kan derfor ikke vurderes ud fra en overflades synlige farve, men kan godt være forskellig.

[harbst]

Vi er helt enige Morten.
Det var med velberådet hu at jeg brugte ordene    " balance ved samme temperatur" .

Det var for at udtrykke at der også er en strålingsmæssig ligevægtstilstand.

Det principielle eksempel var kun for at anskueliggøre noget fundamentalt, som jeg fornemmer nogen ikke har rigtig fat i.


En bil i solen er en helt anden sag helt uden termisk ligevægt.  Bilen er jo kold i forhold til solens ca. 6000 ° strålingstemperatur.

[John Larsson]

Nu hvor det oprindelige spørgsmål vel må anses for besvaret, og uenigheden om spidsfindighederne ved udbredelse af elektromagnetisk stråling ikke mere er til at få øje på, kan det vel (igen) være på sin plads at minde om vanskelighederne ved at holde de tre forskellige måder varme udbredes på, adskilt! Tænk bare på hvor intens den videnskabelige diskussion som forklarer et radiometers virkemåde, var!  ;-)

[knudr]

Jeg tror jeg har forstået det meste. Jeg er blevet klogere, og vil så lade fundamentalisterne diskutere videre, hvis de har lyst. Selv vil jeg nøjes med at stå med fødderne solidt sat på jorden, med mulighed for at flytte mig.