Emissionsgrad und Endtemperatur eines Schwarz-Weiß-Objekts

1) Ich denke, beide Objekte würden Sonnenstrahlung absorbieren und ihre Temperaturen würden ansteigen, bis sie ihre Endtemperatur erreichen.

Ein (perfekter) weißer Körper reflektiert per Definition alle einfallende Strahlung und würde daher keine Strahlung der Sonne absorbieren.

2) Die Endtemperatur für das weiße Objekt ist niedriger als für das schwarze Objekt.

Wenn man nur die Strahlungsheizung betrachtet, ja. Der weiße Körper erwärmt sich überhaupt nicht (siehe auch 5).

3) Das weiße Objekt braucht länger als das schwarze Objekt, um seine endgültige Temperatur zu erreichen.

Nein, siehe 2.

4) Das schwarze Objekt verhält sich wie ein schwarzer Körper. Schwarze Körper werden als perfekte Emitter und perfekte Absorber bezeichnet. Aber auch ein weißes Objekt reflektiert (theoretisch) die gesamte einfallende Energie. Was ist also der Unterschied? Diese Reflexion trägt nicht dazu bei, das T des Objekts zu erhöhen?

Sie erzeugen unterschiedliche Spektren. Der weiße Körper reflektiert die gesamte einfallende Strahlung, sodass sein Spektrum das gleiche ist wie das des einfallenden Sonnenlichts. Der schwarze Körper absorbiert jedoch alles einfallende Sonnenlicht und gibt Schwarzkörperstrahlung ab .

5) In einigen Fällen erreichen zwei verschiedene Gegenstände, die im selben Raum gelassen werden, die gleiche Temperatur wie der Raum. Warum passiert das nicht, wenn dieselben zwei Objekte der Sonne ausgesetzt werden? Was wäre, wenn sie im Schatten gelassen würden? Würden sie schließlich die gleiche Temperatur haben?

Im Allgemeinen gibt es mehr Wege für die Wärmeübertragung als durch Strahlung. Zwei andere Wege sind Leitung und Konvektion . Dies sind die Hauptmechanismen, durch die Objekte ein thermisches Gleichgewicht mit ihrer Umgebung erreichen. Wenn Sie zwei Objekte draußen im Schatten platzieren würden, würden beide schließlich ein thermisches Gleichgewicht mit der Luft erreichen (hauptsächlich durch Leitung und Konvektion).

Entschuldigung, aber Sie haben es falsch verstanden.

Beginnen wir mit der Ausnahme – einem perfekten weißen Körper. Dies ist eine Ausnahme, da es sich um einen perfekten Reflektor handelt, da der Reflexionsgrad gleich 1 minus dem Emissionsgrad ist. In diesem Fall ist Ihre Aussage, dass "beide Objekte Strahlung absorbieren würden", eindeutig falsch. Ein PERFEKTER Reflektor absorbiert keine Energie, obwohl es wichtig ist, daran zu denken, dass die Herstellung eines perfekten Reflektors bei allen Wellenlängen (nicht nur sichtbar) leichter gesagt als getan ist. Lassen Sie uns also den perfekten weißen Körper eliminieren und Objekte betrachten, deren Emissionsgrad nahe bei Null liegen kann, aber nicht genau.

Kurzfristig erwärmt sich der weiße Körper, wie Sie gesagt haben, langsamer als der schwarze Körper, da, wie Sie erkennen, sein erhöhtes Reflexionsvermögen die Menge an Energie verringert, die er absorbiert. Allerdings hält er seine absorbierte Energie viel fester als ein schwarzer Körper, und die Energiespeicherung wird den geringen Energieeintrag mehr als kompensieren.

Im Gleichgewicht muss die absorbierte Energie gleich der abgestrahlten Energie sein, wobei die abgestrahlte Energie ausgedrückt wird als

$$P =\sigma kT^4$$ Wo $\sigma$ist nal zum Emissionsgrad. Damit wir schreiben können $$P_{in} (1-\sigma) = \sigma kT^4$$ Dann $$T^4 =\frac{1-\sigma}{\sigma} \frac{P_{in}}{k}$$ Der Kleinere $\sigma$, desto größer die Endtemperatur, und ein nahezu perfekter Reflektor kann eine sehr hohe Temperatur haben.

Natürlich kann es bei einem guten Reflektor sehr lange dauern, sich aufzuheizen, und bei Objekten, die durch Sonnenlicht erwärmt werden, kann die Sonne durchaus untergehen, bevor eine signifikante Erwärmung auftritt. In der praktischen Konstruktion ermöglicht die mit der Nachtzeit verbundene niedrigere Umgebungstemperatur eine Konvektionskühlung vor dem Morgen.