Skrevet av Emne: IR fra kalde objekt til varme objekt  (Lest 27961 ganger)

Ryddegutt

  • Supermedlem
  • *****
  • Innlegg: 891
    • Vis profil
IR fra kalde objekt til varme objekt
« på: 30.10.2015, 22:23:52 »
Her er en liten observasjon som jeg og flere med meg har gjort.

Hvis man befinner seg ute i skogen om vinteren (og det er vindstille) så vil et bål ha mer enn dobbel varmeeffekt hvis man har bålet foran seg og en overflate bak seg (snøvegg, bratt bakke etc).

Et annet fenomen man observerer er når man kommer til en kald hytte og fyrer opp. I flere timer vil man føle at det er kaldt i rommet selv om temperaturen i luften ganske kjapt måles til å være normal. (Termometeret varmes opp av konduksjon) Etterhvert vil de innvendige veggene varmes opp og hytten føles behagelig.

Begge disse observasjonene er selvfølgelig ganske subjektive, men viser vel at et kaldt objekt kan varme opp et varmt objekt via varmestråling (eller redusere nedkjølingen)?
« Siste redigering: 30.10.2015, 22:39:13 av Ryddegutt »

Emeritus

  • Supermedlem
  • *****
  • Innlegg: 1 650
    • Vis profil
Sv: IR fra kalde objekt til varme objekt
« Svar #1 på: 30.10.2015, 22:45:33 »
God kveld, for det første er det befriende å snakke om noe så praktisk og dagligdags som det du tar opp. Ja du har rett, dette er jo en del av spørsmålet knyttet til den 2. termodynamiske lov. Jeg har tenkt et like enkelt bilde som deg.

Vi har en kasse (Box eller hva du vil) på 1 x 1 x 1 meter (1000 liter.) Denne er delt på midten med en metallvegg slik at hver del inneholder 500 liter og vi isolerer boksen slik at det ikke kan komme varme inn, eller lekke varme ut. Tenk deg da hva som skjer i de to følgende eksempler

Forsøk 1: Vi slår 500 liter 80 grader C vann i en del og 500 liter 40  grader C i den andre
Forsøk 2: Vi slår 500 liter 80 grader C vann i en del og 500 liter 10  grader C i den andre

Jeg vil tro at begge vannmengder etter en tid vil ha

Forsøk 1: 60 grader C
Forsøk 2: 35 grader C

Så hvis ikke kaldere legemer kan overføre varme til varmere legemer, så må noe i helvete forklare meg hva som skjer.

Ryddegutt

  • Supermedlem
  • *****
  • Innlegg: 891
    • Vis profil
Sv: IR fra kalde objekt til varme objekt
« Svar #2 på: 30.10.2015, 22:54:29 »
God kveld til deg også, Emeritus

I forsøket ditt er det vel konduksjon som forårsaker varmeoverføringen, ikke lavfrekvent elektromagnetisk stråling (IR).

Det ironiske er at stort sett all varmekonserveringen i et drivhus skyldes barrieren (glass) som hindrer konduksjon mellom luften på innsiden og utsiden. Innestenging av IR "drivhuseffekten" eller tilbakestråling/IR refleksjon har en marginal effekt for temperaturen.
« Siste redigering: 31.10.2015, 00:00:04 av Ryddegutt »

Bebben

  • Supermedlem
  • *****
  • Innlegg: 503
    • Vis profil
Sv: IR fra kalde objekt til varme objekt
« Svar #3 på: 30.10.2015, 23:06:11 »
God kveld, for det første er det befriende å snakke om noe så praktisk og dagligdags som det du tar opp. Ja du har rett, dette er jo en del av spørsmålet knyttet til den 2. termodynamiske lov. Jeg har tenkt et like enkelt bilde som deg.

Vi har en kasse (Box eller hva du vil) på 1 x 1 x 1 meter (1000 liter.) Denne er delt på midten med en metallvegg slik at hver del inneholder 500 liter og vi isolerer boksen slik at det ikke kan komme varme inn, eller lekke varme ut. Tenk deg da hva som skjer i de to følgende eksempler

Forsøk 1: Vi slår 500 liter 80 grader C vann i en del og 500 liter 40  grader C i den andre
Forsøk 2: Vi slår 500 liter 80 grader C vann i en del og 500 liter 10  grader C i den andre

Jeg vil tro at begge vannmengder etter en tid vil ha

Forsøk 1: 60 grader C
Forsøk 2: 35 grader C

Så hvis ikke kaldere legemer kan overføre varme til varmere legemer, så må noe i helvete forklare meg hva som skjer.

Det var da enkelt. Varme overføres fra det varmeste vannet til det kaldeste, og varmer opp det sistnevnte samtidig som det avkjøles tilsvarende selv.

Kaldere legemer kan overføre varme til varmere legemer, men da må du ha en varmepumpe eller noe lignende, dvs. tilføre "arbeid" (i termodynamikkens forstand) . Uten arbeid vil varmen alltid gå fra det varmere til det kaldere. Hvilket ikke er så vanskelig å forstå når man tenker på at "kulde" egentlig ikke eksisterer som fysisk fenomen - det finnes bare mer og mindre varme.


PS: Jeg har ikke regnet på dette, men du skriver at du "tror" at "etter en tid" vil du ha de temperaturene du oppgir. For å regne det ut i virkeligheten, må du blant annet ha et tall på den evnen skilleveggen mellom vannmengdene har til å overføre varme. Interessant er det også at varmeoverføringen er avhengig av temperaturforskjellen, slik at det vil gå raskest til å begynne med og saktere etter hvert.

Disclaimer: Jeg er amatør.  :D



« Siste redigering: 30.10.2015, 23:11:00 av Bebben »
Grab 'em by the hockey stick!

Ryddegutt

  • Supermedlem
  • *****
  • Innlegg: 891
    • Vis profil
Sv: IR fra kalde objekt til varme objekt
« Svar #4 på: 30.10.2015, 23:12:09 »
Forsøket til Emeritus forklarer konduksjon. Hva er forklaringen for observasjonene i mitt første innlegg?

Bebben

  • Supermedlem
  • *****
  • Innlegg: 503
    • Vis profil
Sv: IR fra kalde objekt til varme objekt
« Svar #5 på: 30.10.2015, 23:31:23 »
Her er en liten observasjon som jeg og flere med meg har gjort.

Hvis man befinner seg ute i skogen om vinteren (og det er vindstille) så vil et bål ha mer enn dobbel varmeeffekt hvis man har bålet foran seg og en overflate bak seg (snøvegg, bratt bakke etc).

Et annet fenomen man observerer er når man kommer til en kald hytte og fyrer opp. I flere timer vil man føle at det er kaldt i rommet selv om temperaturen i luften ganske kjapt måles til å være normal. (Termometeret varmes opp av konduksjon) Etterhvert vil de innvendige veggene varmes opp og hytten føles behagelig.

Begge disse observasjonene er selvfølgelig ganske subjektive, men viser vel at et kaldt objekt kan varme opp et varmt objekt via varmestråling (eller redusere nedkjølingen)?

For bålet sin del ser saken grei ut: Den varmestrålingen bålet sender ut, er kun avhengig av temperaturen i bålet (Planck/Stefan-Boltzmann), som ikke blir påvirket av omgivelsene, i hvert fall ikke i merkbar eller målbar grad*). Hvis det er varmere med en vegg bak deg kan det ikke bety annet enn at luften rundt deg blir oppvarmet av bålet.

*) I henhold til klimafysikk er det muligens slik at lufttemperaturen rundt bålet gjør bålet "varmere enn det ellers ville ha vært". En test av regnemåten til Halpern et al, utført av Gerhard Kramm, viste at verdensrommet, med en teoretisk temperatur på 2,7 K (-270,45 C) også gjør solen "varmere enn den ellers ville ha vært".

For tilfelle kald hytte er jeg mer i tvil. Er det en subjektiv "følelse" ute og går her? Hvorfor skulle det føles kaldere hhv. varmere hvis luften rundt kroppen har samme temperatur? For å kjenne varmestrålingen fra en varm gjenstand må du være veldig nær. Du kan for eksempel kjenne varmen fra din egen hånd ved å holde den svææært nær - men uten å berøre - det stedet på underarmen der småbarnsforeldre tester om babymelken er passe varm. Og du kjenner varmestrålingen fra peisen når du er nær nok - men ikke i den andre enden av rommet. Men kroppen er 37 grader, peisen betydelig varmere. Kan du merke forskjellen på en vegg på, si 10 grader og en på 20 - på avstand? Jeg tviler. Men vil ikke avskrive at følelsen er reell og kan forklares fysisk.



Grab 'em by the hockey stick!

Ryddegutt

  • Supermedlem
  • *****
  • Innlegg: 891
    • Vis profil
Sv: IR fra kalde objekt til varme objekt
« Svar #6 på: 30.10.2015, 23:45:26 »
"Hvis det er varmere med en vegg bak deg kan det ikke bety annet enn at luften rundt deg blir oppvarmet av bålet."

Hvorfor ble luften varmere av den kalde veggen?

Bebben

  • Supermedlem
  • *****
  • Innlegg: 503
    • Vis profil
Sv: IR fra kalde objekt til varme objekt
« Svar #7 på: 30.10.2015, 23:55:48 »
Varm luft stiger til værs fordi den er lettere enn kald luft. Da må kald luft sige inn fra siden for å erstatte den luften som går til himmels. Veggen, kald eller ikke, hindrer en del av dette innsiget av kald luft og gjør at luften rundt deg kan bli værende litt lenger og bli litt varmere.

I tillegg kan også veggen selvfølgelig bli oppvarmet av bålet og dermed bidra til å gjøre luften fremfor seg litt varmere.
Grab 'em by the hockey stick!

Ryddegutt

  • Supermedlem
  • *****
  • Innlegg: 891
    • Vis profil
Sv: IR fra kalde objekt til varme objekt
« Svar #8 på: 31.10.2015, 00:27:42 »
"Veggen, kald eller ikke, hindrer en del av dette innsiget av kald luft og gjør at luften rundt deg kan bli værende litt lenger og bli litt varmere."

Ok, det er en mulig forklaring. Veggen reduserer altså konveksjon i et avgrenset område. Det burde kunne måles med et anemometer der en sammenligner siden med vegg vs. siden uten vegg. (Jeg har ikke fasiten på det)

"I tillegg kan også veggen selvfølgelig bli oppvarmet av bålet og dermed bidra til å gjøre luften fremfor seg litt varmere."

Det er også en mulig forklaring. Det burde man kunne måle med et termometer med en skjerm mellom veggen og termometeret for å utelukke IR og sammenligne med siden uten vegg. (igjen, jeg har ikke fasiten)

Men hvis målinger med anemometer og skjermer termometer ikke støtter dette, hva er forklaringen da?

Emeritus

  • Supermedlem
  • *****
  • Innlegg: 1 650
    • Vis profil
Sv: IR fra kalde objekt til varme objekt
« Svar #9 på: 31.10.2015, 00:34:22 »
Sitat
For tilfelle kald hytte er jeg mer i tvil. Er det en subjektiv "følelse" ute og går her? Hvorfor skulle det føles kaldere hhv. varmere hvis luften rundt kroppen har samme temperatur? For å kjenne varmestrålingen fra en varm gjenstand må du være veldig nær. Du kan for eksempel kjenne varmen fra din egen hånd ved å holde den svææært nær - men uten å berøre - det stedet på underarmen der småbarnsforeldre tester om babymelken er passe varm.

Jeg tror at Rydegutt har helt rett i sitt hytteeksempel, og la meg illustrere det ved å benytte ekstremer som ofte er greit å ty til for eksempelets skyld, og tro meg, jeg har hatt samme opplevelse selv. Det Ryddegutt har opplevd - som meg - er å komme inn i en hytte som har stått i  minus 25 C i ukesvis, så kommer en inn og fyrer opp ovnen, og ovnen vil i løpet av en halvtimes tid varme opp luften både foran og bak deg, altså i hele rommet, til 10 C, som er en viss forbedring fra minus 25 C. En kan måle hele rommet og vil se at det er varmest nær ovnen og kaldest nær veggene. Men likevel kjenner en kulden fordi veggene i hytten fortsatt holder kanskje minus 14 C fordi det tar mye lengre tid å varme tømmer enn luft. Altså, veggene gir ikke på langt nær samme IR-stråling som når de etter tre timer har blitt varmet opp til eksempelvis pluss 10 C. Men luften rundt deg er fortsatt mye varmere enn veggen, det er altså mangel på IR - stråling fra veggen som er forskjellen. Jeg ser poenget med tåteflaskeeksempelet, men det gjelder best på små temperaturforskjeller, men allerede når en tar i flasken har en viss peiling, men av angst for å gjøre feil tar en dobbeltsjekk. Det var for øvrig et godt eksempel, det hadde vært interessant å prøve det vitenskapelig og min hypotese er at ni av ti foreldre kjenner riktig temperatur (altså om det er for varmt eller kaldt) allerede når de tar i flasken.

Så til konduksjon, her er jeg på tynn is og må vise til Wikipedia, jeg kunne disse begrepene for 30 - 40 år siden;

https://no.wikipedia.org/wiki/Varmeledning

konveksjon og konduksjon foregår ofte samtidig, i en hytte vil luften sirkulere og blir både varmet (av ovnen) og kjølt av veggen (konveksjon), men veggen blir også varmet opp da luften gir fra seg av varme. Men veggen blir også varmet opp av varmestrålingen fra ovnen, altså ovnens elektromagnetiske bølger, som både varmer luften i rommet og veggen. Det vil også være en viss grad av konduksjon ved at varmen sprer seg i det fra det varme til det kalde ved at veggen blir oppvarmet nær ovnen og sprer seg gjennom treverket lengre og lengre fra ovnen.

Sitat
Kaldere legemer kan overføre varme til varmere legemer, men da må du ha en varmepumpe eller noe lignende, dvs. tilføre "arbeid" (i termodynamikkens forstand) . Uten arbeid vil varmen alltid gå fra det varmere til det kaldere. Hvilket ikke er så vanskelig å forstå når man tenker på at "kulde" egentlig ikke eksisterer som fysisk fenomen - det finnes bare mer og mindre varme.

Nei, dette kan ikke være arbeid, en varmepumpe er noe helt annet da den benytter energi. Når en kobler sammen to ganger 500 liter vann mellom en tynn vegg som leder varme, er det en prosess uten arbeid.

Sitat
PS: Jeg har ikke regnet på dette, men du skriver at du "tror" at "etter en tid" vil du ha de temperaturene du oppgir. For å regne det ut i virkeligheten, må du blant annet ha et tall på den evnen skilleveggen mellom vannmengdene har til å overføre varme. Interessant er det også at varmeoverføringen er avhengig av temperaturforskjellen, slik at det vil gå raskest til å begynne med og saktere etter hvert. 

Med mindre du har oppfunnet den perfekte isolasjon, vil skilleveggens isolerende egenskaper bli en funksjon av tiden det tar å utjevne temperaturen mellom de to vannmasser, før eller siden blir det like varmt. Skal du ha et enkelt eksempel fra virkeligheten, bruk en skillevegg av titan på 0,8 mm som benyttes i varmevekslere for sjøvann. Husk at premissen for eksempelet er at det ikke tilføres varme fra utsiden, eller lekker varme fra innsiden av boksen. Da vil temperaturen før eller siden bli lik - med mindre veggen er den fullkomne isolator.
 

.

Bebben

  • Supermedlem
  • *****
  • Innlegg: 503
    • Vis profil
Sv: IR fra kalde objekt til varme objekt
« Svar #10 på: 31.10.2015, 01:18:44 »
Vi snakker muligens forbi hverandre her og der Emeritus. Slik som her:

Sitat
Nei, dette kan ikke være arbeid, en varmepumpe er noe helt annet da den benytter energi. Når en kobler sammen to ganger 500 liter vann mellom en tynn vegg som leder varme, er det en prosess uten arbeid.

Jeg mente ikke å si at arbeid var nødvendig i ditt eksempel, som bare beskrev en utjevning av temperaturen i to vannbeholdere over tid, slik at de ender opp med samme temperatur. Dette er helt i tråd med termodynamikkens lover, og innebærer ingen overføring fra kaldere til varmere.

Sitat
Med mindre du har oppfunnet den perfekte isolasjon, vil skilleveggens isolerende egenskaper bli en funksjon av tiden det tar å utjevne temperaturen mellom de to vannmasser, før eller siden blir det like varmt.


Selvfølgelig blir det like varmt til slutt. Jeg går ut fra at du mener å si at hvor lang tid dette tar, er avhengig av (er en funksjon av) hvor godt eller dårlig materialet i skilleveggen leder varme. Men dette er altså en egenskap ved materialet i seg selv. Er skilleveggen av tre, vil det ta lenger tid enn hvis den er av stål. Og ja.... du kan snu på ligningen og regne deg fram til isolasjonsegenskapen ved å måle tiden det tar til temperaturen er lik i de to beholderne.


Grab 'em by the hockey stick!

Smiley

  • Seniormedlem
  • ****
  • Innlegg: 264
    • Vis profil
Sv: IR fra kalde objekt til varme objekt
« Svar #11 på: 31.10.2015, 08:39:58 »
Dette er latterlig enkelt. Når hytteveggen er kaldere enn kroppen din mister du energi til veggen. Jo kaldere vegg, jo større er varmetapet ditt. Luft temperaturen i hytta er også mindre enn kroppstemperaturen men når man er vandt med det energi tapet føles et ekstra energi tap til veggen som at det blir kaldere. Når energitapet til veggen reduseres føles det varmere.

Det er vel ærlig talt ingen som mener at hvis man legger seg i et badekar fyllt med isvann så blir man varmere?
Varme går fra høyt potensial til mindre potensial. Kun en vei. Energi utstrålingen går i alle retninger fra alle objekter med temperatur over absolutt nullpunkt, men det overføres kun energi der det er forskjeller i feltene, altså fra høyt til lavt potensial. Det er den overførte energien som blir til varme i det objektet som mottar den.
« Siste redigering: 31.10.2015, 09:01:36 av Smiley »

Emeritus

  • Supermedlem
  • *****
  • Innlegg: 1 650
    • Vis profil
Sv: IR fra kalde objekt til varme objekt
« Svar #12 på: 31.10.2015, 08:46:00 »
Sitat
Jeg mente ikke å si at arbeid var nødvendig i ditt eksempel, som bare beskrev en utjevning av temperaturen i to vannbeholdere over tid, slik at de ender opp med samme temperatur. Dette er helt i tråd med termodynamikkens lover, og innebærer ingen overføring fra kaldere til varmere. 

Hvis ikke dette er overføring av energi fra kaldere til varmere, hva gjør da at en i eksempel 1 får 60 C og  i eksempel 2 35 C?

Okular

  • Medlem
  • ***
  • Innlegg: 187
    • Vis profil
Sv: IR fra kalde objekt til varme objekt
« Svar #13 på: 31.10.2015, 10:47:33 »
Sitat
Jeg mente ikke å si at arbeid var nødvendig i ditt eksempel, som bare beskrev en utjevning av temperaturen i to vannbeholdere over tid, slik at de ender opp med samme temperatur. Dette er helt i tråd med termodynamikkens lover, og innebærer ingen overføring fra kaldere til varmere. 

Hvis ikke dette er overføring av energi fra kaldere til varmere, hva gjør da at en i eksempel 1 får 60 C og  i eksempel 2 35 C?

Hvis temperaturen til det varmere vannet faller fra 80 til 60 grader i det første tilfellet og til 35 (hvorfor 35? hvorfor ikke 45?) i det andre, da kjølner det jo, det avgir altså varme. 80-gradersvannet blir ikke varmere enn det var ved starten i noen av tilfellene, så hvordan du på noe som helst vis får dette til å skulle indikere en varmeoverføring fra kaldt til varmt, det er meg virkelig en gåte ...

Emeritus

  • Supermedlem
  • *****
  • Innlegg: 1 650
    • Vis profil
Sv: IR fra kalde objekt til varme objekt
« Svar #14 på: 31.10.2015, 11:13:16 »
Eksempel 2 skal som du riktig påpeker være 45 C.

Mener du at energioverføringen mellom et varmere objekt og et kaldere objekt går bare fra det varme til det kalde og altså ingenting fra det kalde til det varme, forutsetningen er at det kalde objekt er varmere enn 0 K.
« Siste redigering: 31.10.2015, 11:26:11 av Emeritus »