Acties:
  • 0 Henk 'm!

  • Ruudjewee
  • Registratie: Oktober 2004
  • Laatst online: 25-04 16:27
Ik was met een vriend in discussie over of de kleur van een oppervlakte de uitstraling van warmte beïnvloed. Naar mijn mening zouden twee objecten - exact hetzelfde, maar de ene wit van kleur en de andere zwart, beiden op dezelfde temperatuur in een omgeving zonder licht - evenveel warmte uitstralen.

Nu lees ik op wikipedia het volgende
In physics, a black body is a perfect absorber of light, but by a rule derived by Einstein it is also, when heated, the best emitter. Thus, the best radiative cooling, out of sunlight, is by using black paint, though it is important that it be black (a nearly perfect absorber) in the infrared as well.
Kan iemand verklaren waarom dit zo is?

Acties:
  • 0 Henk 'm!

  • JJJ
  • Registratie: Mei 2000
  • Nu online

JJJ

In de blackbody aanname is het inderdaad zo dat het emissiespectrum bepaald wordt door de temperatuur en de temperatuur alleen. In het artikel over blackbody radiation wordt inderdaad ook gesteld dat dit niet altijd geldt en dat de emissivity beschrijft hoe een materiaal of object afwijkt van de blackbody benadering.

Deze emissivity kan golflengteafhankelijk zijn en ook afhangen van de chemische samenstelling van een materiaal. Ik vermoed dat het deze dingen zijn die ervoor zorgen dat de geabsorbeerde en uitgezonden fractie van straling voor zwarte lichamen groter zijn dan die voor witte lichamen.

Een fysische verklaring waarom dit zo is kan ik een-twee-drie niet bedenken. Vermoedelijk is het een of andere interactie tussen de moleculen die de kleur van een stof bepalen en fotonen. Het is ongetwijfeld wel empirisch bepaald en op te zoeken per materiaal wat de emissivity is.

Acties:
  • 0 Henk 'm!

Anoniem: 124325

Ruudjewee schreef op woensdag 17 juni 2009 @ 22:50:
Ik was met een vriend in discussie over of de kleur van een oppervlakte de uitstraling van warmte beïnvloed. Naar mijn mening zouden twee objecten - exact hetzelfde, maar de ene wit van kleur en de andere zwart, beiden op dezelfde temperatuur in een omgeving zonder licht - evenveel warmte uitstralen.

Nu lees ik op wikipedia het volgende

[...]

Kan iemand verklaren waarom dit zo is?
JJJ zit op het goede spoor! Ik probeer er iets aan toe te voegen:

In de praktijk is zwarte verf allerminst vergelijkbaar met een "black body". Theoretisch gezien is een black body in de thermodynamica een 100% absorber. In de praktijk is dat te benaderen met een klein gaatje naar een grote holle ruimte (mag zelfs een “normaal” spiegelend zijn aan de binnenkant) : een inkomende foton wordt binnen deze ruimte een groot aantal keren gereflecteerd zodat het met elke botsing energie verliest. De kans dat de foton weer uit het gaatje ontsnapt is oneindig klein. . .vanwege de inkomende straling zal de black body opwarmen.

Black bodies bestaan echter niet maar er zijn bepaalde soorten oppervlakte structuren die er zeer dicht in de buurt komen. In de praktijk is het zo dat blauwe oppervlakten vaak betere absorbers zijn dan zwarte en doffe oppervlakten weer veel beter absorbers dan glimmende (spiegel effect).

Het doffe oppervlak met een bepaalde microstructuur kan bepaalde golflengten "vangen" alsof het oppervlak grotendeels uit gaatjes bestaat. . .vanwege de oppervlakte ruwheid het effect van veelvoudige interne reflecties nabootst. . .het is in die zin een louter mechanisch effect. Voorts is het zeker zo dat bepaalde stoffen straling beter kunnen absorberen dan andere stoffen. . .denk bijvoorbeeld aan de doping in robijnkristal voor lasers. De fotonen slaan die atomen aan en de energie wordt opgeslagen als warmte omdat er minder emissie plaatsvindt zoals in een laser(meer energie gaat op in warmte dan in uitgaand licht). Het absorptie proces is zeker een samenspel tussen golflengte en chemische samenstelling van het oppervlak maar ook de structuur van het oppervlak is van groot belang: een structuur met lange scherpe punten absorbeert veel beter dan een bolletjes oppervlak. Er zijn experimenten uitgevoerd zodat een oppervlak bestond uit min of meer zeer dicht op elkaar staande "naalden" . . .zo iets als een borstel. . . met naaldafmetingen en tussenruimte afmetingen zodanig in de juiste proporties dat nagenoeg alle straling gevangen werd. . .iets in de buurt van 99,999% of iets degelijks.. . ben de bron kwijt. Het oppervlak was dan ook beweerd het zwartste ooit te zijn. . .een soort “black hole” en de onderzoekers merkte op dat het aanschouwen er van een “rare” gewaarwording was omdat normaliter voor elk “zwart” oppervlak er altijd enige reflectie te zien is. . .dus zeer donker grijs in plaats van volledig zwart.

Voor emissie is het doorgaans zo dat de emissieconstante beduidend anders is dan de absorptieconstante. . . alleen voor een black body zijn ze gelijk en waarde = 1. Dit vanwege het feit dat het “vangen” van een foton wezenlijk een ander proces is dan een uitstoting van een foton. Bij absorptie heb je zonder meer te maken met het momentum van de foton als het op het ruwe oppervlak inslaat en het vaak veelvoudige reflectie ondergaat. Met emissie denk ik aan een thermisch “loslaten” van de interne energie. Een mechanisme hiervoor lijkt me vergelijkbaar met een laser: inkomende “pumping” energie heeft een optimum kleur om de atomen “op te pompen” . . een groenvariant. De emissie is rood. . .het terugvallen van de elektronen gebeurd bij voorkeur als rood licht. Dus als er een bepaald soort licht op een absorber valt gaat het in eerste instantie opwarmen en stralen in het infrarood spectrum en een deel van de licht reflecteert maar het wordt ook naast reflecties deels als ander licht via emissie uitgestoten. . vandaar dat oppervlakten een kleur krijgen afhankelijk van hun chemische samenstelling. . .objecten hebben in wezen geen eigen kleur. . .in het donker is er geen kleur te zien en slechts door de uitgezonden straling (emissie) ontstaat de kleur. Het deel dat echt teruggekaatst wordt ziet men veelal als glimmende plekken met dezelve kleur as het inkomende licht.

Een meer inhoudelijke verklaring ken ik niet.

Gezien emissie wezenlijk een ander proces is, is het ook zo dat radiatoren voor woningen in principe beter een soort donkerblauw geverfd zouden moeten worden maar niemand zou ze kopen. . crèmeachtig wit is veel minder effectief maar geniet de voorkeur vanwege consumenten gedrag.

@ ruudjewee
Het antwoord op je vraag is in principe NEE: na het bereiken van een balans is de instraling gelijk aan de uitstraling.

Als je de zaak voor een korte tijd bekijkt is het antwoord afhankelijk van de begin temperatuur van het object. Na verloop van tijd krijgt het object een balanstemperatuur. Per definitie is dan de inkomende straling gelijk aan de uitgaande straling. Zoals we allemaal weten als je iets in de zon zet wordt het heet. De uitgaande straling is voor een groot deel infrarood en doorgaans slechts voor en klein deel zichtbaar licht, tenzij je een sneeuwwit oppervlak beschouwd dan is het net andersom en wordt er weinig energie opgenomen (hoofdzakelijk is er sprake van reflectie. . .sneeuw is koud en straalt relatief weinig uit)). Voor een "donker" oppervlak wordt de hoofdmoot van de stralingsenergie naar interne energie omgezet(opwarming) in een zeer dunne grenslaag laag aan het oppervlak en vanwege een stijgende temperatuur stijgt de energie-emissie als infrarode straling. . .(een soort robijnlaser effect zonder gecoördineerde emissie). Tot de balanstemperatuur is de absorptie groter dan de emissie. . .als je met een erg heet object begint dan is de emissie groter dan de absorptie. . .dit is zo voor elk type oppervlak. Na een relatief korte tijd ontstaat er altijd een balans.

Een absorptie-emissie proces voor elk ondoorzichtig object in korte golf licht zou je een LARER kunnen noemen: Light Attenuation (via) Random Emissie of Radiation :*)

[ Voor 19% gewijzigd door Anoniem: 124325 op 18-06-2009 06:23 . Reden: Enig redigeren toegepast ]


Acties:
  • 0 Henk 'm!

  • Ruudjewee
  • Registratie: Oktober 2004
  • Laatst online: 25-04 16:27
Oke, dus een warm zwartgeverfd object koelt dus sneller af dan eenzelfde witgeverfd object, maar een donkerblauw geverfd object nog steller dan de zwarte? Ik kan uit de bovenstaande uitleg nog niet precies halen waarom dit zo is. Ik heb altijd gedacht dat kleur een eigenschap was die die alleen te maken had met de reflectie van licht op het object. Ik snap nog niet helemaal waardoor dit ook effect heeft op de emissie.

Trouwens, nu vraag ik me ook af, is een zwart object in balanstemperatuur dan ook kouder dan een witte in balanstemperatuur?

Acties:
  • 0 Henk 'm!

  • Rannasha
  • Registratie: Januari 2002
  • Laatst online: 15:48

Rannasha

Does not compute.

Als je er van uitgaand dat het materiaal in de verf-laag geen rol speelt bij emissie, dan maakt de kleur van een object niet uit in een ruimte waar geen straling op het object valt. De kleur van een object wordt bepaald door de verzameling golflengtes van licht dat door het object wordt teruggekaatst. In een volledig verduisterde ruimte heeft het begrip "kleur" dus geen betekenis.

Overigens slaat de term "black body" niet per se op de kleur van het object. Je hebt het over "black body" straling als het spectrum (de intensiteit van de straling als functie van de golflengte) van de uitgezonden straling door de zogenaamde Planck-wet beschreven kan worden. De Planck-wet geeft voor iedere temperatuur een emissie-spectrum van een ideale black body straler met die temperatuur.

|| Vierkant voor Wiskunde ||


Acties:
  • 0 Henk 'm!

  • aaaido
  • Registratie: April 2009
  • Laatst online: 09:38
Vertel mij maar eens hoezo alle silo's in de Rotterdamse haven WIT zijn? Toen ik een keer in de haven was werd mij verteld dat dit tegen de zon is. En dat dat dus niet zomaar WIT is.

Maar jullie theorie ontkracht dat dus...

Acties:
  • 0 Henk 'm!

  • Koppensneller
  • Registratie: April 2002
  • Nu online

Koppensneller

winterrrrrr

aaaido schreef op donderdag 18 juni 2009 @ 13:21:
Vertel mij maar eens hoezo alle silo's in de Rotterdamse haven WIT zijn? Toen ik een keer in de haven was werd mij verteld dat dit tegen de zon is. En dat dat dus niet zomaar WIT is.

Maar jullie theorie ontkracht dat dus...
Witte objecten worden in de zon inderdaad minder snel warm dan zwarte objecten, maar daar gaat het niet over. Er wordt besproken of (warme) zwarte objecten in een ruimte zonder licht hun warmte sneller uitstralen dan witte objecten.

Acties:
  • 0 Henk 'm!

Anoniem: 124325

Ruudjewee schreef op donderdag 18 juni 2009 @ 12:44:
Oke, dus een warm zwartgeverfd object koelt dus sneller af dan eenzelfde witgeverfd object, maar een donkerblauw geverfd object nog steller dan de zwarte?
Je zou hier niet zwart en [blueblauw[/blue] als absolute kenmerken moeten beschouwen. De emissie en absorptie coëfficiënten worden bepaald hoofdzakelijk door meervoudige aspecten van het oppervlak. De chemische samenstelling bepaald welke kleur een oppervlak in zonlicht zal uitstralen zoals al ook door anderen is opgemerkt. Met deze benadering zijn er blauwe "coatings" die een veel hogere absorptie coëfficiënt hebben dan typische zwarte verf die je in de bouwmarkt koopt, maar dat betekend niet dat DAT soort blauw ook een hoger emissiecoëfficiënt heeft dan die zelfde zwarte referentieverf. Zoals ik al opmerkte bestaat er een zwarte coating die nagenoeg 100% straling absorbeert. . en daardoor is dat het zwartste zwart dat ooit door mensenogen "gezien" is in een ruimte waar er voldoende normaal wit licht is (zonlicht). . om dat soort zwart te kunnen “zien” moet je natuurlijk niet in het pikkedonker zitten. . want dan is alles zwart :+ Feitelijk is het zo dat in het licht op die specifieke coating valt niets reflecteert en niets uitstraalt via emissie(apart van de absolute straling vanwege de interne temperatuur). . dus is er niets te zien als je er naar kijkt en dat beleef je als zwart in een ruimte waar licht is terwijl objecten op zich geen "kleur" hebben.

Naast de chemische samensmelting zal een coating aan het oppervlak een bepaalde structuur hebben die de intensiteit van de reflecterende straling bepaald maar ook de golflengte van de uitstralende energie. Je kan dus de totale uitstralende energie niet los zien van het accumulerende effect van de soort moleculen in de grenslaag aan het oppervlak, de structuur zowel als de afmetingen van de structuur elementen. Zo kan het gebeuren dat een bepaald oppervlak met een relatief donkere kleur(in verhouding tot een perfecte spiegel) een hoger emissie coëfficiënt heeft dan een ander oppervlak dat lichter van kleur is. . immers de stralingenergie bevat alle componenten van het spectrum terwijl wat we zien alleen straling van een beperkte golflengte bevat. Dus afkoelen en opwarmen is niet louter een zaak van licht of donker maar van veel meer factoren. . .dit is het specifieke gebied van warmte transport engineering: het kiezen van een optimaal oppervlak voor specifieke doeleinden.
Ik kan uit de bovenstaande uitleg nog niet precies halen waarom dit zo is. Ik heb altijd gedacht dat kleur een eigenschap was die alleen te maken had met de reflectie van licht op het object. Ik snap nog niet helemaal waardoor dit ook effect heeft op de emissie.
In het algemeen zijn er veel coatings die ook op zeer hoge temperaturen hun werk doen. Als er alleen sprake is van verf uit de bouwmarkt gaat het alleen om lage temperaturen en dan is emissie van gekleurd licht nauwelijks van toepassing.
Als er alleen sprake is van reflectie is er sprake van een perfecte spiegel. Zodra een deel van het licht niet reflecteert is er sprake van absorptie en dat voor DAT part is de kleur die je ziet een resultaat van gedeeltelijke reflectie. Daarnaast is er altijd sprake van een emissie component vanwege de interne temperatuur van het oppervlak en deze emissie is weer afhankelijk van de chemie en de oppervlakte structuur (op microscopische schaal). Op lage temperaturen is dat component zeer klein maar in de buurt van 400C is er al rode straling. Hierdoor wordt, naast het teruggekaatste deel van de imperfecte reflectie, een emissie component toegevoegd e deze veranderd met hogere temperaturen. . de uitstralende energie is een samenstelling van reflectie en emissie. Wat kleurrijke objecten betreft voor lage temperatuur situaties is er uiteraard wel emissie van infrarood maar nauwlijks van zichtbaar licht.
Trouwens, nu vraag ik me ook af, is een zwart object in balanstemperatuur dan ook kouder dan een witte in balanstemperatuur?
Nee. Zodra er sprake is van een wit object, bijvoorbeeld een witte glimmende silo in de Rotterdamse haven, is er sprake een object in de open lucht: de zon verwarmd de silo vanwege het geabsorbeerde deel (zeg 10%) en vanwege een hogere temperatuur in de buitenlucht gaat de silo warmte uitstralen. Op een gegeven ogenblik is de emissiestraling gelijk aan de absorptiestraling en dat is de balanstemperatuur. . .een beetje hoger dan de omgevingstemperatuur, zeg 25 C in plaats van 20 C. Als je dat vergelijkt met een matte zwarte silo dan is er zeg 95% absorptie en dat gaat allemaal om in temperatuur stijging(interne energie), waardoor het zwarte oppervlak gaat uitstralen, maar vanwege het feit dat het 95% van de inkomende energie weer moet uitstralen als de energiebalans bereikt is(eigenlijk een vermogensbalans) wordt de zwarte silo veel heter dan de witte silo.

Op een witte auto kan je nooit een ei bakken maar op een zwarte wel.

[ Voor 74% gewijzigd door Anoniem: 124325 op 18-06-2009 21:14 . Reden: enige stukken laten vervallen ]

Pagina: 1