Ein Freund von mir sagte mir, wenn Sie neben einer Millionen Grad heißen Metallplatte in einem 100%igen Vakuum stehen würden, würden Sie ihre Hitze nicht spüren. Ist das wahr? Ich verstehe die Argumentation, dass es keine Luft gibt, also keine Konvektion, und wenn Sie sie nicht berühren, gibt es auch keine Leitung. Ich frage eher nach der von ihm emittierten Wärmestrahlung.
Ich frage eher nach der von ihm emittierten Wärmestrahlung.
Hier ist eine quantitative Schätzung.
Angenommen, die Heizplatte blieb lange genug intakt, um das Experiment durchzuführen. Für eine grobe Schätzung können wir die heiße Metallplatte als schwarzen Körper behandeln. Nach dem Wienschen Verschiebungsgesetz die elektromagnetische Strahlung, die ein schwarzer Körper bei Temperatur aussendet ist bei der Wellenlänge am stärksten
Würdest du es fühlen? Ich bin mir nicht sicher. Wahrscheinlich nur ganz kurz.
Die anderen Antworten liefern eine gute Erklärung, warum Ihr Freund in diesem Fall falsch liegt. Ich möchte nur darauf hinweisen, wie Sie beide leicht zu derselben Schlussfolgerung gelangen können, ohne viel über die beteiligte Physik zu wissen:
Die Oberfläche der Sonne beträgt etwa 6000 Grad (Celsius und Kelvin). Es ist durch 150 Millionen Kilometer Vakuum von Ihnen getrennt, aber Sie können es deutlich spüren. Daraus folgt, dass Sie auch höhere Temperaturen spüren konnten, bis zu dem Punkt, an dem Sie überhaupt nichts mehr spüren konnten.
Dein Freund liegt völlig falsch. Berücksichtigen Sie die folgenden Dinge:
Die Temperatur, von der Sie sprechen, ist sehr hoch, kein Metall wäre bei der Temperatur, von der Sie sprechen, in einem festen Zustand. Bevor Ihre Platte Millionen von Grad erreicht, wäre sie also schon lange vorher geschmolzen.
In Bezug auf die Wärmestrahlung ist Ihr Verständnis richtig. Die Strahlung der Sonne erreicht die Erde und es gibt ein Vakuum dazwischen. Wenn Sie also ein Objekt haben, das so heiß ist, wie Sie sprechen, wird es gemäß der Stefan-Boltzmann-Gleichung Wärmestrahlungsenergie pro Zeiteinheit emittieren. Und denken Sie daran, dass die Rate der emittierten Strahlung proportional zur vierten Potenz der Temperatur ist, also würde eine Verdoppelung der Temperatur die Rate um das 16-fache erhöhen. Sie können die Energie berechnen, die pro Flächeneinheit Ihrer Haut erreicht wird, und herausfinden, was passiert!
Ein Freund von mir sagte mir, wenn Sie neben einer Millionen Grad heißen Metallplatte in einem 100%igen Vakuum stehen würden, würden Sie ihre Hitze nicht spüren. Ist das wahr?
Nicht wahr. Wärme kann durch ein physikalisches Medium geleitet oder als elektromagnetische Strahlung übertragen werden, insbesondere als Infrarotwellen, die durch das Vakuum gewandert sind.
Eigentlich hat Ihr Freund wahrscheinlich Recht, aber aus dem falschen Grund. So viel Energie wird Sie in sehr kurzer Zeit braten – und wird wahrscheinlich die Nerven töten, bevor sie „heiß“ sagen können!
Denken Sie daran, dass Energie in der 4. Potenz der Temperatur liegt. Die 100-fache Sonnentemperatur entspricht der 100-Millionen-fachen Energie. Es gibt keine Frage, die ausreicht, um dich sehr schnell zu töten, die einzige Unsicherheit, die ich hier habe, ist, ob du etwas wahrnehmen wirst, bevor das passiert.
Wärmestrahlung wäre in der Tat ein Thema, aber es gibt ein paar interessante Facetten dieser Frage und ihrer Antwort, die durch die Übertreibung verdeckt werden. Es ist aufschlussreich, die Übertreibung abzuziehen, um mehr zu erfahren.
Zunächst einmal ist "Millionen Grad" nicht mit "Metall" im bekannten Sinne vereinbar. Eisen siedet bei 2862°C. Wolfram schmilzt bei 3422 °C und siedet bei 5930 °C[1]. Bei Millionen von Grad hättest du einen expandierenden Plasmaball, der mit seiner eigenen Wärmestrahlung konkurriert, um zu explodieren und dich zu töten. Wir könnten postulieren, dass etwas das Plasma einschließt, und in diesem Fall würde Sie die Wärmestrahlung in kurzer Zeit kochen, wie in anderen Antworten untersucht.
Ich denke jedoch, dass Ihr Freund an ein sehr reales Phänomen gedacht hat, das oft durch einführende Lehrpläne für Physik verdeckt wird. Ich sehe es hier nicht erwähnt, aber es hat viele Menschen buchstäblich und metaphorisch verbrannt, daher lohnt es sich, die Frage neu zu stellen, um dieses Phänomen hervorzuheben.
„Wenn Sie Ihre Hand in der Nähe eines Blocks aus 660 °C heißem Aluminium bewegen, der knapp unter seiner Schmelztemperatur liegt, spüren Sie dann die Hitze, vorausgesetzt, die konvektive Wärmeübertragung ist vernachlässigbar?“
Wir kennen heiße Gegenstände aus dem Alltag und erwarten intuitiv, dass heiße Gegenstände Wärme abstrahlen. Das Stefan-Boltzmann-Gesetz sagt uns, wie viel Leistung ein Schwarzer Körper pro Fläche ausstrahlt, und viele Gegenstände unseres Alltags werden durch Schwarze Körper anständig angenähert. Unter der Annahme, dass sich das Aluminium wie ein schwarzer Strahler verhält – was Sie jetzt sehr misstrauisch machen sollten – könnten Sie intuitiv erwarten, dass Sie ungefähr die folgende Leistung/Fläche der abgestrahlten Wärme spüren, wenn Sie mit Ihrer Hand vorbeischwenken:
Sie würden nur 3% davon spüren. Sie könnten fälschlicherweise annehmen, dass das Aluminium eine niedrige Temperatur hat, es berühren und sich verbrennen. Viele haben.
Der Grund ist einfach, dass sich viele Materialien unter vielen Bedingungen nicht wie schwarze Körper verhalten. Aluminium ist ein notorischer Ausreißer. Das Verhältnis der tatsächlich emittierten Wärmestrahlung zur Schwarzkörperstrahlung wird als thermisches Emissionsvermögen bezeichnet und variiert ziemlich stark für verschiedene Materialien, Oberflächenbeschaffenheiten usw.:
https://en.wikipedia.org/wiki/Emissivity
Im Labor hat dies praktische Konsequenzen. Sie können die Temperatur von glänzenden Metalloberflächen nicht durch eine Wärmebildkamera ablesen, da sich diese Oberflächen wie Spiegel verhalten und nicht wie Leuchtstäbe, die die Temperatur anzeigen. Sie können dieses Problem beheben, indem Sie kleine schwarze Flecken zu allen glänzenden Teilen hinzufügen, die Sie messen müssen.
Ich erschrecke mich mindestens einmal im Jahr, indem ich einen Stromkreis zusammenbaue, ihn beim ersten Einschalten durch eine Wärmebildkamera beobachte, hinüber greife, um ein Netzteil einzuschalten, und bei dem plötzlichen Temperatursprung zurückspringe, weil ich die Wärmereflexion meines Arms sehe die glänzenden Komponenten.
[1] Direkt von den Wikipedia-Seiten für Eisen und Wolfram übernommen. Ich glaube, diese Temperaturen gehen von einem Vakuum aus, haben dies aber nicht überprüft. Unabhängig davon würde ich nicht erwarten, dass P = 1 atm die Diskussion grundlegend ändert.
Sie würden seine Schwarzkörperstrahlung spüren, da es sich um eine EM-Welle handelt und keine physische Unterstützung benötigt, um sich auszubreiten. Außerdem ist "100% Vakuum" keine strenge Definition des Zustands Ihres Systems.
Die Schwarzkörper-Antworten sind in Ordnung, aber ich möchte darauf hinweisen, dass niemand die Menge des vorhandenen Materials berücksichtigt hat. Wenn Sie ein Metallgas mit 100 Atomen hätten, die bei der angegebenen Temperatur einer Maxwell-Boltzman-Verteilung gehorchen, würden Sie nichts fühlen.
Chris