Warum ist Schwarz ein besserer Wärmestrahler als Weiß? [Duplikat]

Ich weiß, dass Schwarz Licht absorbiert und in Wärme umwandelt, was es zu einem guten Strahler von Strahlungswärme macht, während Weiß es reflektiert. Sagen wir, wenn ich 2 Tassen, 1 schwarze und 1 weiße, aus demselben Material, in einen dunklen Raum stelle, was kühlt schneller ab? Warum ist Schwarz ein besserer Strahler? Weil es Licht in Wärme umwandelt?

Antworten (1)

Die Existenz des Gleichgewichts erfordert, dass der Emissionsgrad gleich dem Absorptionsgrad ist .

Solange ein Körper beispielsweise mehr Energie emittiert als aufnimmt, sinkt seine Temperatur: Da das thermische Gleichgewicht bedeutet, dass alle Teile des Systems die gleiche Temperatur teilen, muss der Emissionsgrad des Körpers gleich seinem Absorptionsvermögen sein, damit ein Gleichgewicht erreicht werden kann . Siehe das Kirchhoffsche Gesetz der Wärmestrahlung .

Ein weiterer zu berücksichtigender Punkt ist, dass Schwarz oder Weiß Objekteigenschaften in Bezug auf sichtbare Lichtfrequenzen sind, während bei Raumtemperatur der größte Teil der Emission/Absorption bei niedrigeren Frequenzen (Infrarot) stattfindet. Zum Beispiel machen die Infrarotbilder der Aluminiumbox unten deutlich, dass die Emissionsgrade ihrer weißen und schwarzen Oberflächen sehr ähnlich sind (wie in ihrer Anleitung erklärt ).

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Quelle: Wikipedia

Antwort : Nun, wenn die Tassen im Infrarotbereich "schwarz" und "weiß" sind, kühlt die schwarze Tasse schneller ab, da sie Energie durch Strahlung mit einer höheren Rate emittiert als die weiße (und weniger absorbiert als emittiert, da die Umgebung ist kühler).

@EricTowers, danke, dass du das entdeckt hast! Es ist jetzt korrigiert.
Wenn Sie sagen "Emissionsvermögen muss gleich Absorptionsvermögen sein", sagen Sie, dass zwei Effizienzkoeffizienten gleich sein müssen. Sind Sie sicher, dass Sie nicht "emittierte Energie muss gleich der absorbierten Energie sein" (oder ähnliches) meinen?
@EricTowers, ja, ich bin mir ziemlich sicher: Die Koeffizienten sind gleich. Die Energien sind nur im Gleichgewicht gleich. Zum Beispiel kühlt sich die Tasse genau deshalb garantiert ab, weil ihre Koeffizienten gleich sind, während die Umgebung, da sie kühler ist, weniger Strahlung zu absorbieren hat, die die Tasse absorbieren kann. Der Wikipedia-Artikel erklärt es gut: en.wikipedia.org/wiki/…
Sie haben Wikipedia falsch interpretiert. Es stellt korrekterweise fest, dass das Integral der emittierten Energie gleich dem Integral der absorbierten Energie ist. Unter der Annahme, dass das Photonenspektrum eine Schwarzkörperverteilung hat, erzwingt dies, dass die Effizienzkoeffizienten bei jeder Wellenlänge gleich sind. Allerdings ist kein Körper ein schwarzer Körper, sodass diese Gleichheit der Koeffizienten im Wesentlichen nie auftritt. Das Gleichgewicht des Energieflusses ist der richtige Gleichgewichtszustand für reale Körper.
@EricTowers, ich denke, du irrst dich, aber vielleicht bin ich es, hast du eine Referenz dazu? Für mich scheint es, dass Gleichgewicht alles ist, was benötigt wird. (1) Dieser Beweis (physics.stackexchange.com/a/329052/75633) scheint unabhängig von schwarzen Körpern zu sein. (2) Auch "das Kirchhoffsche Gesetz gilt genau, obwohl kein vollkommen schwarzer Körper im Sinne von Kirchhoff vorhanden ist." ( goo.gl/DouvRU ). (3) Gibt es keine QM-Gründe zu glauben, dass es wahr ist? ( goo.gl/eBk3DW ) (4) Oder beziehen Sie sich auf anspruchsvollere Korrekturen wie pnas.org/content/114/17/4336.full.pdf ?
(1) Die Ableitung bei Physics.SE fällt um λ Abhängigkeit in beiden a s und beides ϵ s, also ist das algebraische Ergebnis, das sie erhalten, falsch. Ich bin sicher, dass Ihnen viele Nicht-Null-Funktionen einfallen, deren Integral über ein bestimmtes Intervall Null ist. Für das Integral, das sie erhalten, könnte man für jeden arrangieren λ das auch nicht a 1 ( λ ) = 0 oder a 2 ( λ ) = 0 und sehen Sie, dass der Quotient in a s ist unabhängig von Null ϵ S. ...
(2) Das ist falsch. Jeder beliebige Kubikmeter im Inneren der Sonne kommt diesem isotropen Thermalbad so nahe wie möglich. Das Photonenspektrum in diesem Band ist nahezu Plancksch, aber mit charakteristischen Hohlräumen, die Wasserstoff und Helium entsprechen. So wurde Helium entdeckt. (Vorsicht. Es gibt auch Hohlräume, die durch "kalte" Gase in der Nähe der Oberfläche und in der Korona verursacht werden, wo die Nähe zu einem isotropen Thermalbad zusammenbricht. Nicht alle diese Linien fehlen im Inneren.)
(3) Stefan-Boltzmann nimmt an, dass der Emitter ein schwarzer Körper ist. Wenn der Körper einem anderen Emissionsprofil folgt, dann ist die Gleichgewichtsbedingung, dass die gesamte abgegebene Energie gleich der gesamten ankommenden Energie ist. Betrachten Sie das obige Sonnenspektrum – an diesen dunklen Linien verlässt weniger Energie das Sonnensystem. Wenn wir die Sonne in eine dieser magischen isotropen thermalisierten Boxen werfen, wird das Photonenspektrum in der Box in diesen Linien immer mangelhaft sein, weil das Sonnensystem sie leicht absorbiert, aber zu wenig emittiert.
(4) Nein. Nichts so Exotisches.
Es lohnt sich, auf das Kirchhoffsche Gesetz hinzuweisen , wo wir „ jedes beliebige Material finden, das thermische elektromagnetische Strahlung bei jeder Wellenlänge im thermodynamischen Gleichgewicht emittiert und absorbiert “ und „Gleichheit von Emissionsvermögen und Absorptionsvermögen oft nicht gilt, wenn das Material des Körpers nicht im thermodynamischen Gleichgewicht ist. " Sowohl das OP als auch Ihr Szenario eines Objekts, das mehr emittiert als absorbiert (oder umgekehrt), beschreiben keine Gleichgewichtsbedingungen.
@EricTowers, ich denke, es ist eine großartige Diskussion, aber am falschen Ort. :) Ich denke darüber nach, es später (vielleicht heute noch) als Frage zu posten und Sie hier davor zu warnen (löschen Sie die Kommentare noch nicht). Ich würde mich freuen, wenn Sie Ihre Argumente in eine Antwort einbringen. Hoffentlich bekommen wir auch Feedback aus der Community.
Warum ist Schwarz ein besserer Wärmestrahler als Weiß? [Duplikat]
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 0v