Skrevet av Emne: IR fra kalde objekt til varme objekt  (Lest 38048 ganger)

Okular

  • Medlem
  • ***
  • Innlegg: 213
    • Vis profil
Sv: IR fra kalde objekt til varme objekt
« Svar #15 på: 31.10.2015, 11:52:45 »
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.

Dette er en svært viktig observasjon. Fyrstikk-, eventuelt panelovneksempelet, som du har beskrevet godt ved tidligere anledninger, Bebben, illustrerer glimrende hvor effektivt konveksjon overfører varme jevnført med stråling i vanlig luft.

Hold fingeren bare få cm til siden for fyrstikkflammen og du kjenner knapt noen varme. Det samme vil du oppleve om du holder hånda di under panelovnen på veggen; kun noen cm ifra og du har vanskelig for å skjelne noen ekstra varme. Før så fingeren opp over fyrstikkflammen, samme avstand, og du brenner deg nesten umiddelbart. Flytt hånda opp på oversiden av panelovnen og du kjenner tydelig med en gang hvordan varmen strømmer inn i den.

Hvor ligger forskjellen? Strålingen går jo isotropisk ut fra varmekilden uansett, det vil si den radierer ut likt til alle kanter. Og varmekilden i begge tilfeller er i seg selv svært mye hetere enn lufta rundt og hånda di/fingeren din, om retningen er opp, ned eller til siden.

Det er to fenomener som spiller inn her. 1) Lufta absorberer stråling. Brorparten av den usynlige IR-strålingen blir absorbert over en forholdsvis kort distanse fra kilden, foruten den som unnslipper gjennom såkalte IR-vinduer. Synlig lys/stråling blir imidlertid ikke i vesentlig grad absorbert ("det optiske vinduet"). Fra en panelovn strømmer nesten utelukkende IR. Fra en fyrstikk er en stor del som man vet synlig, selv om hoveddelen også her er usynlig IR. Den synlige strålingen slipper ergo gjennom, men ikke IR'en. 2) Den inverse kvadratlov for stråling. For punkt- eller 'runde' kilder (fyrstikkflammer, bål, vedovner o.l.) vil strålingsintensiteten falle av svært fort for hver avstandsenhet vekk fra dem:
intensitet1 / intensitet2 = avstand22 / avstand12.

Hva skjer når lufta absorberer IR-stråling som varme? Da varmes den opp. Og hva skjer når luft varmes opp? Da stiger den. Den utvider seg, molekyltettheten faller og lufta får følgelig positiv oppdrift. Konveksjon følger.

Med andre ord, forskjellen du kjenner ved å holde fingeren din cirka 5 cm til siden for fyrstikkflammen kontra 5 cm over den skyldes helt og holdent den konvektive varmeoverføringen i posisjon to, som alltid helt spontant og automatisk vil bevege seg oppover, og som ergo ikke er å finne i posisjon én.

Skal en optimere effekten av ren strålingsvarme er du altså nødt til i) så godt det lar seg gjøre å hindre vesentlig konvektivt tap, og ii) så godt det lar seg gjøre å omgå den inverse kvadratloven.

Du må altså benytte så hete varmekilder at de lyser, slik at en vesentlig del av strålingen vil kunne unngå direkte luftabsorpsjon. Dessuten må kildene være formet på en slik måte at strålingen i størst mulig grad blir 'rettet', altså at strålene beveger seg utover mest mulig parallelt med hverandre og slik ikke mister sin intensitet så fort.

Okular

  • Medlem
  • ***
  • Innlegg: 213
    • Vis profil
Sv: IR fra kalde objekt til varme objekt
« Svar #16 på: 31.10.2015, 12:00:01 »
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.

Vi snakker om VARME her, Emeritus. Q. Hva energi gjør nede på kvantenivå er uvesentlig for den termodynamiske (makroskopisk registrerbare) overføringen av VARME. Og ja, varme overføres ALLTID KUN spontant (altså i naturen) fra varmt til kaldt, ALDRI motsatt vei. Det er ett av de mest fundamentale termodynamiske prinsipper og har vært med oss siden termodynamikken ble formulert på 1800-tallet av Clausius og gjengen.

Emeritus

  • Supermedlem
  • *****
  • Innlegg: 1 947
    • Vis profil
Sv: IR fra kalde objekt til varme objekt
« Svar #17 på: 31.10.2015, 14:01:45 »
Ja nettovarmeoverføringen går alltid fra varmt til kald, men avgir ikke en tømmervegg som holder minus 20 C også elektromagnetisk stråling?

Ryddegutt

  • Supermedlem
  • *****
  • Innlegg: 964
    • Vis profil
Sv: IR fra kalde objekt til varme objekt
« Svar #18 på: 31.10.2015, 17:34:14 »
Retter du et IR termometer mot veggen så måler du denne utstrålingen direkte.
« Siste redigering: 31.10.2015, 17:43:32 av Ryddegutt »

Smiley

  • Seniormedlem
  • ****
  • Innlegg: 264
    • Vis profil
Sv: IR fra kalde objekt til varme objekt
« Svar #19 på: 31.10.2015, 19:28:44 »
Alt over absolutt null temperatur avgir elektromagnetisk stråling. Og denne kan bli til varme hvis den absorberes av et objekt med lavere energi tilstand. Jo mindre forskjell mellom objektene jo mindre energi overføres og jo mindre oppvarmes det KALDESTE objektet.

I vanntank eksperimentet stopper jo all overføring når begge deler har like temperatur. Men begge sider av tanken stråler ut like mye energi mot sentrum.

Ryddegutt

  • Supermedlem
  • *****
  • Innlegg: 964
    • Vis profil
Sv: IR fra kalde objekt til varme objekt
« Svar #20 på: 31.10.2015, 20:04:27 »
Vanntank eksperimentet gjelde konduksjon der IR ikke spiller noen rolle.

La oss gå opp litt i frekvens fra IR og gjøre følgende eksperiment:

1.
Sett to like lamper med lampeskjerm like ved siden av hverandre.

2.
Sett inn en 40W pære i den en og en 60W pære i den andre.

3.
La lampen med 60W stå på kontinuerlig og slå av og på 40W lampen.

Vil man se at lysintensiteten på utsiden av lampeskjermen (på siden mot 40W lampen) på 60W lampen forandre seg (lyse mer intens) når 40W lampen slås på?




Smiley

  • Seniormedlem
  • ****
  • Innlegg: 264
    • Vis profil
Sv: IR fra kalde objekt til varme objekt
« Svar #21 på: 01.11.2015, 08:54:46 »
Bruker du en lommelykt på veggen vil lysflekken ikke bli varmere om du tenner enda en og lyser på samme plass.

Begge lys stråler inneholder samme energi intensitet/bølgelengder. 

Det er ærlig talt vanskelig å forstå hvorfor dette er et tilbakevendende tema. Okular og flere andre har forklart varmeoveføring i detalj flere ganger. Les Claes Johnson:
http://claesjohnson.blogspot.no/2015/05/back-radiation-as-violation-of-2nd-law.html


Alle objekter stråler ut energi i alle retninger. Derfor befinner alle objekter seg i flere energifelt på en gang. Det vil alltid være et med lavere itensitet som et eller flere av objektene  kan kvitte seg med energi til.

Det blir feil å sette to objekter opp mot hverandre fordi de begge to befinner seg i et rom fullt av luft, avgrenset av vegger og tak som alle kan absorbere varme.
Derfor vil det bli som med vanntank eksperimentet. Konduksjonen overstyrer totalt IR delen.
IR er kun en manifestasjon av energien til stedet i hvert av objektene.
« Siste redigering: 01.11.2015, 09:04:12 av Smiley »

Emeritus

  • Supermedlem
  • *****
  • Innlegg: 1 947
    • Vis profil
Sv: IR fra kalde objekt til varme objekt
« Svar #22 på: 01.11.2015, 12:05:21 »
Sitat
  Bruker du en lommelykt på veggen vil lysflekken ikke bli varmere om du tenner enda en og lyser på samme plass.

Begge lys stråler inneholder samme energi intensitet/bølgelengder.   

Jeg må innrømme at jeg ikke helt hvilke tema dette er, at jeg i tillegg er svært rusten på termodynamikken, hjelper selvsagt ikke. Men jeg tror fortsatt at jeg forstår såpass at dersom en dobler den strålte energimengden mot et område på en vegg, så vil det ha en effekt, i motsatt fall bryter du den 1. termodynamiske lov.

Smiley

  • Seniormedlem
  • ****
  • Innlegg: 264
    • Vis profil
Sv: IR fra kalde objekt til varme objekt
« Svar #23 på: 01.11.2015, 12:27:53 »
Hvis du har ti liter vann med 20 graders temperatur og dobler mengden til 20 liter med 20 graders temperatur er temperaturen fremdeles 20 grader. Volumet derimot er doblet. Det samme er energi mengden, men altså ikke temperaturen. Det er forskjel på potensial og reservoar.

Potensialet i både IR og synlig lys er frekvensene/bølgelengdene, ikke antallet photoner som treffer en overflate. Derfor vil photoner ved lavere eller likt energi innhold treffe flaten, men ikke overføre noe energi eller varme.

Har photonene høyere energi innhold vil selvfølgelig mengden som treffer ha betydning for hastigheten energien overføres med. Men nivået på energien som overføres vil aldri bli høyere enn energitilstanden til den høyeste frekvensen som er til stede.

Okular kan sikkert gi en meget bedre og detaljert forklaring enn meg på dette.
« Siste redigering: 01.11.2015, 12:36:42 av Smiley »

Amateur2

  • Medlem
  • ***
  • Innlegg: 118
    • Vis profil
Sv: IR fra kalde objekt til varme objekt
« Svar #24 på: 01.11.2015, 12:33:48 »
Men jeg tror fortsatt at jeg forstår såpass at dersom en dobler den strålte energimengden mot et område på en vegg, så vil det ha en effekt, i motsatt fall bryter du den 1. termodynamiske lov.

Ikke nødvendigvis. Strålingen kan reflekteres. Dermed er virkningen på veggen den samme om det er en eller flere kilder for strålingen. Videre vil veggens temperatur avgjøre om strålingen som treffer vil kunne forårsake en ytterligere økning i temperatur. Det som avgjør dette er strålingens frekvensinnhold i forhold til veggens temperatur. Frekvens er avgjørende for om strålingen kan forårsake temperaturøkning. Er frekvensen for lav så spiller det overhodet ingen rolle hvor mye energi strålingen inneholder. Den vil ikke kunne bidra til temperaturøkning.

Emeritus

  • Supermedlem
  • *****
  • Innlegg: 1 947
    • Vis profil
Sv: IR fra kalde objekt til varme objekt
« Svar #25 på: 01.11.2015, 12:51:49 »
I vanneksempelet til Smiley tilføres det ikke konstant energi slik som i lommelykteksempelet. Og Amateur2, du vil ikke finne en vegg som reflekterer alt, endog et speil absorberer noe av strålingen. Noe reflekteres, ellers hadde du ikke sett noe lys på veggen fordi det er de reflekterte strålene, men nå i en annen bølgelengde avhengig av veggens farge, som treffer øyet. Og noe blir igjen i veggen som varme, og dobler du energimengden må denne energien bli av et sted.

Okular

  • Medlem
  • ***
  • Innlegg: 213
    • Vis profil
Sv: IR fra kalde objekt til varme objekt
« Svar #26 på: 01.11.2015, 13:14:05 »
Ja nettovarmeoverføringen går alltid fra varmt til kald, men avgir ikke en tømmervegg som holder minus 20 C også elektromagnetisk stråling?

Begrepet "nettovarme" innenfor én enkelt varmeoverføringsprosess er ufysisk, Emeritus. Det strider mot 'varmens' termodynamisk definerte natur: Varme [Q] er den energien som spontant overføres fra ett sted til et annet kun som følge av en temperaturforskjell mellom de to stedene.

Med andre ord: Varme overføres aldri begge veier; alltid kun én, fra høyere temp til lavere temp. Per definisjon.

Jo, en tømmervegg ved -20 grader avgir også elektromagnetisk stråling. Men den overfører ikke energi i form av varme til sine omgivelser dersom disse holder en høyere temperatur!
« Siste redigering: 01.11.2015, 13:16:32 av Okular »

Okular

  • Medlem
  • ***
  • Innlegg: 213
    • Vis profil
Sv: IR fra kalde objekt til varme objekt
« Svar #27 på: 01.11.2015, 13:17:43 »
Retter du et IR termometer mot veggen så måler du denne utstrålingen direkte.

Ikke om IR-termometerets sensor holder en høyere temperatur enn veggen, Ryddegutt.

Okular

  • Medlem
  • ***
  • Innlegg: 213
    • Vis profil
Sv: IR fra kalde objekt til varme objekt
« Svar #28 på: 01.11.2015, 13:29:17 »
Bruker du en lommelykt på veggen vil lysflekken ikke bli varmere om du tenner enda en og lyser på samme plass.

Selvsagt vil den det. Hvis vi hadde hatt to soler på himmelen, hadde ikke verden vært et varmere sted?

Det jeg regner med du sikter til er at dersom man lager en lysflekk på veggen ved å lyse med en lommelykt på den, så vil ikke denne lysflekken kunne bli noe lysere av at man reflekterer strålingen ut fra den tilbake inn i den med et speil.

Okular

  • Medlem
  • ***
  • Innlegg: 213
    • Vis profil
Sv: IR fra kalde objekt til varme objekt
« Svar #29 på: 01.11.2015, 13:33:44 »
(...) dersom en dobler den strålte energimengden mot et område på en vegg, så vil det ha en effekt, i motsatt fall bryter du den 1. termodynamiske lov.

Ja, du har rett. Men energien må være overført som varme.