Messages

[E = hv]

Jeg mener at for å få til en overgang fra lavfrekvent stråling til høyfrekvent stråling må man utføre et arbeid. Lavfrekvent stråling har, slik jeg forstår det, ikke den arbeidsevnen som skal til for å utføre dette arbeidet. Det bør gå an å finne litteratur om dette f.eks. innenfor trådløs kommunikasjon.

Hei, Amateur2.

Veit ikke om det til syvende og sist har noen egentlig relevans, men den fotoelektriske effekten synes å være et eksempel på hvor avgjørende fotoners individuelle energiinnhold er for hva de er i stand til å utføre. Siden et enkelt fotons energiinnhold jo er helt og holdent avhengig av dets frekvens (E = hv; E: fotonets energiinnhold, h: Plancks konstant, v: fotonets bølgefrekvens), så er det denne og ikke hvor mange fotoner som 'lander' per tidsenhet (fluksintensiteten) som avgjør om det blir en (fotoelektrisk) effekt eller ikke.

Fra wikipedia:

Electrons can absorb energy from photons when irradiated, but they usually follow an "all or nothing" principle. All of the energy from one photon must be absorbed and used to liberate one electron from atomic binding, or else the energy is re-emitted. If the photon energy is absorbed, some of the energy liberates the electron from the atom, and the rest contributes to the electron's kinetic energy as a free particle.

En interessant detalj her er den om at dersom ikke hele det innkommende fotonets energiinnhold blir absorbert av det gitte elektronet slik at det frigjøres fra atomet det er knyttet til, så vil energien isteden bli 'reemittert' igjen. For å være ærlig er jeg litt usikker på hva man mener med dette, hva det innebærer. Det vil vel ikke si refleksjon, men betyr det absorpsjon og påfølgende reemisjon uten noen som helst effekt? Hvor og av hva er det i så fall energien er blitt absorbert av og hvorfra og av hva reemitteres det ut? Håper du kan kaste litt lys over dette ...

Uansett, dette er det sentrale poenget:

In the photoemission process, if an electron within some material absorbs the energy of one photon and acquires more energy than the work function (the electron binding energy) of the material, it is ejected. If the photon energy is too low, the electron is unable to escape the material. Since an increase in the intensity of low-frequency light will only increase the number of low-energy photons sent over a given interval of time, this change in intensity will not create any single photon with enough energy to dislodge an electron. Thus, the energy of the emitted electrons does not depend on the intensity of the incoming light, but only on the energy (equivalently frequency) of the individual photons.

Den fotoelektriske effekten vedrører spesifikt interaksjonen mellom innkommende fotoner (elektromagnetiske energipakker) og de ytre elektronene rundt et atom.

Prinsippet burde imidlertid være det samme for termalisering av atomer/molekyler ved absorpsjon av lys. Har de innkommende fotonene nok energi til å eksitere elektroner fra sine opprinnelige baner rundt atomkjernen?

Dette er overhodet ikke mitt 'spesialfelt'. Jeg er mer en termodynamiker (makroprosesser). Så jeg vil gjerne høre dine tanker omkring ekvivalensen til disse to prosessene, Amateur2. Er de ekvivalente i det hele tatt?

Mer om den fotoelektriske effekten: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/mod2.html

[Ts = Te + Γ Ze]

Men hva skjer om "utstrålingshøyden" synker eller stiger? Dvs at den må vel endres hvis solinnstrålingen blir redusert eller øker litt hvis det er likevekstpunktet mellom inn og ut stråling?

I rGHE-hypotesen anses solinnstrÃ¥lingen som konstant. Den effektive planetære utstrÃ¥lingshøyden (ERL) er ganske enkelt definert som det nivÃ¥et hvor lufta i globalt snitt holder en temperatur lik den kalkulerte emisjonstemperaturen til en tenkt sortlegemeoverflate, hadde den avgitt tilsvarende jordas endelige, utjevnede IR-fluks til verdensrommet, 239 W/m². Dette er liksom stedet hvor strÃ¥lingsvarmefluksen UT balanserer strÃ¥lingsvarmefluksen INN i jordsystemet. Et sortlegeme som isotropisk strÃ¥ler ut en fluks pÃ¥ 239 W/m² ville (ifølge Stefan-Boltzmann-likningen) holdt en temperatur pÃ¥ 255K, -18°C. SÃ¥ dette er temperaturen man leter etter. Og den finner man globalt sett pÃ¥ i gjennomsnitt 5,1 kilometers høyde over overflaten. Dette er ERL, eller matematisk sett Z_e.

Ifølge rGHE-hypotesen er det de IR-aktive gassene i atmosfæren (mer kjent som 'drivhusgassene') som bestemmer hvor utstrålingshøyden ligger, og slik setter de (via lapsraten) effektivt overflatetemperaturen. Det er de som gjennom sin absorpsjon av IR fra overflaten gjør atmosfæren såkalt optisk tykk (delvis opak/ugjennomtrengelig) for visse typer elektromagnetisk stråling. Jo større atmosfærisk optisk tykkelse/dybde, jo kortere distanse når de emitterte fotoner før de absorberes på nytt, og jo høyere opp i atmosfæren må de arbeide seg før de endelig klarer å finne en fri vei helt ut til verdensrommet. Så jo større optisk dybde, jo høyere vil ERL ligge, og jo kraftigere blir 'drivhuseffekten'.

Det er i hvert fall ideen.

Hvis du tar en titt på figuren i mitt forrige innlegg, så ser du skjæringspunktet mellom den horisontale effektive utstrålingshøyden, Z_e, og det oppoverskrånende lapsrateprofilet. Det er dette skjæringspunktet ('the intercept') som angivelig settes av de IR-aktive gassene og som følgelig bestemmer overflatetemperaturen via lapsraten ned, for i dette punktet vil og må temperaturen ifølge hypotesen tilsvare jordas effektive utstrålingstemperatur til verdensrommet. Det skjer på denne måten:

T_s = T_e + Γ Z_e

hvor T_s er overflatetemperaturen, T_e er jordas effektive sortlegemetemperatur i verdensrommet, temperaturen ved utstrÃ¥lingshøyden, Γ er den gjennomsnittlige globale lapsraten og Z_e som sagt er utstrÃ¥lingshøyden, høyden fra overflaten opp til laget som holder sortlegemetemperaturen.

Dette er den enkleste likningen som kvantifiserer 'drivhuseffekten'. Hvis vi putter inn verdier:

T_e + Γ Z_e = T_s

255K + (6,5 K/km x 5,1 km) = 288,15K

Og hvor mye er 6,5 K/km x 5,1 km? Jo, ~33K. James Hansens famøse 33K.

Hvis økt co2 gir varme i bunn og kaldere topp i atmosfæren burde jo lapseraten stige jo større forskjellen er mellom bunn og topp så sant avstanden er lik.

CO₂ prøver Ã¥ fÃ¥ til dette. Men klarer det ikke. Konvektiv respons forhindrer det. Den gjennomsnittlige normale lapsraten (ELR) forblir altsÃ¥ den samme, bundet til den adiabatiske (ALR). Dette er hva strÃ¥ling/konveksjon-likevekten i den globale troposfæren gÃ¥r ut pÃ¥. Sterkere oppvarming av overflaten og/eller tilsvarende nedkjøling av høyere luftlag fører til kraftigere konvektiv respons. Og motsatt.

Hvis det er slik som du sier at ELR er balansert mot ALR så vil den aldri endres og co2 can ikke gi noen klima endringer uten at også toppen av atmosfæren blir varmere. Da står vi igjen med konklusjonen at verdens metrologi organisasjon vet om din beskrivelse siden de i 60 år har beholdt samme lapserate. Med andre ord må de vite at co2 ikke kan gi noe oppvarming!

Vel, økt atmosfærisk CO₂-innhold var aldri ment Ã¥ endre noe pÃ¥ lapsraten i utgangspunktet. Det var ment Ã¥ heve jordsystemets effektive utstrÃ¥lingshøyde til verdensrommet ('Effective Radiating Level', ERL - obs! mÃ¥ ikke forveksles med den normale lapsraten ELR ('Environmental Lapse Rate')), slik at en konstant lapsrate kunne gjøre jobben ned fra dette nivÃ¥et med Ã¥ heve overflatetemperaturen (se figur under). Ifølge rGHE-hypotesen vil en dobling av det atmosfæriske CO₂-innholdet alene (uten tilbakekoblinger) heve jordas ERL (luftlaget med en temperatur tilsvarende jordas Stefan-Boltzmann-beregnede sortlegemetemperatur i verdensrommet, 255K (-18 C)) med ca. 160 m (ved Ã¥ gjøre atmosfæren mer opak (optisk tykkere) for IR-strÃ¥ling fra overflaten) og slik føre til en midlet økning i den globale overflatetemperaturen pÃ¥ omtrent 1 grad: [6,5 K/km x 0,16 km =] 1,04 K.

Ingenting annet enn en ren matematisk konstruksjon, selvsagt.

Dette irriterer meg grenseløst nå. I følge Wikipedia er denne modellen oppdatert senest i år 2000 av verdens metrologi organisasjon. Så de samme metrologer som hevder at co2 driver opp temperaturen ved tilbakestråling i media har finjustert verktøyet sitt i år 2000 uten å legge til tilbakestråling i modellen. De lyver altså mot bedre vitende når de bruker gassloven i sitt daglige arbeid men hevder IPCC sin strålingsmodell hver gang de er i media. De burde vært saksøkt!

Ser ut som det er en liten misforståelse ute og går her. Det er ingenting i hypotesen om 'den atmosfæriske radiative drivhuseffekten' (rGHE) som sier at 'tilbakestråling' har noen som helst innvirkning på lapsraten. Hypotesen benytter seg snarere av lapsraten som en allerede satt konstant (hva den er satt av bryr man seg i utgangspunktet ikke om). Det eneste som hevdes er at de såkalte 'drivhusgassene' i atmosfæren setter 'jordas effektive utstrålingshøyde til verdensrommet' (ERL). Når denne først er satt (255K, i snitt 5,1 km opp i troposfæren), så gjør rett og slett lapsraten resten. Dette er nøyaktig den samme framgangsmåten som den Hockey Schtick skisserer opp.

Når det kommer til 'lapsrater' så er det uhyre viktig å holde tunga rett i munnen. Det finnes i realiteten TO lapsrater.

Den ene - den 'adiabatiske' - er helt uavhengig av noen form for strÃ¥ling. LikesÃ¥ av konveksjon. Alle er enige om dette. Det er opplest og vedtatt. Ingen ny oppdagelse overhodet. Den tørre adiabatiske lapsraten (DALR) avhenger KUN av jordas tyngdeakselerasjon (g) og av atmosfærens spesifikke varmekapasitet (C_p). Denne lapsraten er pÃ¥ cirka 9,75 K/km. Den mettede (eller vÃ¥te) adiabatiske lapsraten (SALR) er simpelthen den tørre modifisert av frigjøringen av latent varme fra H₂O i luftsøylen; vanndamp kondenseres rett og slett nÃ¥r lufta beveger seg til og forbi sitt metningspunkt. Hvor dette metningspunktet spesifikt ligger varierer veldig med luftas temperatur. Gjennomsnittlig globalt er SALR estimert til Ã¥ ligge pÃ¥ omkring 5 K/km, altsÃ¥ rundt halvparten sÃ¥ bratt som DALR.

Den utjevnede globale adiabatiske lapsraten ligger et sted på veien mellom den absolutt tørre og den absolutt mettede varianten, nærmest den sistnevnte, for såpass viktig er vannet i jordas troposfære: 6,5 K/km. (Men husk, dette er et globalt snitt, ikke en absolutt verdi en kan bruke hvor som helst, når som helst.)

Den adiabatiske lapsraten er imidlertid bare spesifikt relevant for stigende og synkende luftmasser. Uten stigende og synkende luftmasser (konveksjon) så utgjør ALR kun en teoretisk potensiell gradient. Og luftmasser stiger og synker ikke bare fordi det finnes en potensiell lapsrate å følge. Nei, det fordres helt spesielle forhold for at konveksjon skal igangsettes. Og det er her stråingen kommer inn.

Den andre lapsraten - den 'normale' eller 'naturlige' - er rett og slett det temperaturprofilet vi ser fra overflaten til tropopausen (ELR). Denne fluktuerer veldig fra sted til sted og gjennom døgnet, svært mange lokale forhold spiller inn. Men helt grunnleggende dreier det seg om en balanse mellom stråling og konveksjon, hvor strålingen varmer overflaten og konveksjonen kjøler den. Strålingen det er snakk om kommer selvsagt fra sola. Sola varmer overflaten som i sin tur varmer luftlagene like over den. Samtidig er vi så heldige å ha gasser (og væsker) i atmosfæren som er i stand til å kjøle luftmasser til verdensrommet via stråling. Dette skjer i hovedsak i den andre enden av den troposfæriske luftsøylen, dvs. høyt oppe.

Mellom denne strålingsoppvarmingen lavt nede og strålingsavkjølingen høyt oppe føres så energien som varme via fysisk forflytning av luft - konveksjon.

Det som skjer er at strålingsprosessene hele tida arbeider mot å gjøre den troposfæriske temperaturgradienten oppover fra overflatelaget så bratt som mulig, brattere enn den potensielle adiabatiske lapsraten. Det er ved det punktet at denne overskrides at konveksjonen trår til. Det skapes ustabilitet og konveksjonen slår inn for å bringe den faktiske temperaturgradienten (ELR) tilbake ned til den potensielle gradienten (ALR). Dette gjør den ved å bringe energien fra den oppvarmende enden (nær overflaten) til den avkjølende enden (nærmere tropopausen) og slik jevne ut forskjellen skapt av de rene strålingsprosessene.

Altså: stråling varmer nede, kjøler oppe - skaper bratt gradient; konveksjon kjøler nede, varmer oppe - jevner ut gradienten igjen.

Dette er et kontinuerlig samspill som holder den globale normale lapsraten (ELR) lik den globale adiabatiske lapsraten (ALR): 6,5 K/km. Med andre ord, ELR er svært avhengig av stråling (og konveksjon), men det betyr ikke at den er fri til å være hva som helst i gjennomsnitt; den er når alt kommer til alt helt og holdent bundet av den potensielle ALR, som i seg selv ikke på noen måte er avhengig av verken stråling eller konveksjon.

Hvis mer CO₂ i atmosfæren skal kunne tvinge den soloppvarmede overflaten til Ã¥ bli enda varmere, sÃ¥ er den nødt til Ã¥ slakke den gjennomsnittlige temperaturgradienten vekk fra den. Og dette vil den altsÃ¥ selvsagt aldri være i stand til. Nettopp pga. denne naturlige og nødvendige lapsrate-balansen vi har beskrevet her.

Smiley,

Du skal være påpasselig med å sluke alt som kommer fra skeptikere. Er du skeptiker er du i utgangspunktet skeptisk til enhver påstand som framsettes, uavhengig av hvem den framsettes av, inntil du på egenhånd har undersøkt den faktiske bakgrunnen for påstanden.

Hockey Schtick nærmer seg noe, men hans postulat om en nødvendig sammenheng mellom en teoretisk 'utstrålingshøydetemperatur' og atmosfærens tyngdepunkt ('centre of mass') holder ikke mål. Den faller sammen så snart en beveger seg over på atmosfærer som er vesentlig tyngre eller vesentlig lettere enn jordas. Han har ikke funnet noe universalprinsipp man kan forholde seg til. Hovedgrunnen til det er at han henger seg opp i et imaginært konsept: en planets utstrålingshøyde.

Det er noe helt annet som foregår her ...

Les diskusjonen hos Tallbloke:

http://tallbloke.wordpress.com/2014/11/29/one-equation-for-earth-temperature/
http://tallbloke.wordpress.com/2014/11/24/hockey-schtick-derivation-of-the-entire-33c-greenhouse-effect-without-radiative-forcing-from-greenhouse-gases/

P.S. Jeg tror ikke det er noen stor hemmelighet at jeg er signaturen 'Kristian'. Er du signaturen 'Mr Pettersen'?