» » » » » » » De ce este mai frig în unele nopți? (Răcirea radiativă)

De ce este mai frig în unele nopți? (Răcirea radiativă)

postat în: Căldura | 0

Intensitatea radiației termice (Intensitatea radiației termice pe termen lung a pământului, din nori, atmosferă și suprafață.)

Răcirea radiativă este procesul prin care un corp pierde căldura prin radiații termice.

Energia Pământului

În cazul sistemului Pământ-atmosferă, răcirea radiativă este procesul prin care este emisă radiația cu unde lungi (infraroșu) pentru a echilibra absorbția energiei de undă scurtă (vizibilă) de la soare.

Procesul exact prin care Pământul pierde căldura este mai complex decât este adesea portretizat. În special, transportul convectiv al căldurii și transportul prin evaporare a căldurii latente sunt importante atât pentru îndepărtarea căldurii de pe suprafață, cât și pentru redistribuirea acesteia în atmosferă. Transportul radiativ pur este mai important. Variațiile diurne și geografice complică imaginea.

Circulația pe scară largă a atmosferei Pământului este determinată de diferența dintre radiațiile solare absorbite pe metru pătrat, deoarece Soarele încălzește mai mult Pământul la tropice, mai ales din cauza factorilor geometrici. Circulația atmosferică și oceanică redistribuie o parte din această energie ca o căldură sensibilă și o căldură latentă parțial prin fluxul de mediu și parțial prin curenți turbionari, cunoscuși sub denumirea de cicloane în atmosferă. Astfel, tropicele radiază mai puțin în spațiu decât ar fi dacă nu ar exista circulație, iar polii radiază mai mult; însă în termeni absoluți, tropicele radiază mai multă energie în spațiu.

Răcirea nocturnă de suprafață

Răcirea radiativă este frecvent experimentată în nopțile fără nori, când căldura este radiată în spațiu de pe suprafața Pământului sau prin pielea unui observator uman. Efectul este cunoscut de astronomii amatori și poate fi simțit personal pe pielea unui observator într-o noapte fără nori. Pentru a simți efectul, se compară diferența dintre a privi în sus direct la un cer de noapte fără nori timp de câteva secunde, cu privirea în sus plasând o foaie de hârtie între față și cer. Deoarece spațiul exterior radiază la o temperatură de aproximativ 3 grade Kelvin (-270 grade Celsius) și foaia de hârtie radiază la aproximativ 300 grade Kelvin (temperatura camerei), foaia de hârtie radiază mai multă căldură spre fața observatorului decât cosmosul întunecat. Efectul este afectat de atmosfera înconjurătoare a Pământului, și în special de vaporii de apă pe care îi contine, astfel încât temperatura aparentă a cerului este mult mai mare decât spațiul cosmic. Rețineți că nu este corect să spuneți că foaia „blochează frigul” cerului de noapte; în schimb, foaia  emite căldură spre fața observatorului, la fel cum un foc de tabără încălzește fața celor prezenți acolo; singura diferență este că un foc de tabără este cu câteva sute de grade mai cald decât o foaie de hârtie, la fel cum o foaie de hârtie (la aproximativ temperatura aerului) este mai caldă decât cerul de noapte.

Același mecanism de răcire radiativă poate provoca uneori îngheț sau gheață neagră care se poate forma pe suprafețe expuse cerului de noapte clar, chiar și atunci când temperatura ambiantă nu scade sub temperatura de îngheț.

Estimarea lui Kelvin a vârstei Pământului

Termenul de răcire radiativă este folosit în general pentru procesele locale, deși aceleași principii se aplică răcirii oe o perioadă geologică, fiind folosite prima dată de Kelvin pentru a estima vârsta Pământului (deși estimarea sa ignoră căldura substanțială eliberată prin dezintegrarea radioizotopilor, necunoscută atunci).

Astronomie

Răcirea radiativă este una dintre puținele modalități în care un obiect din spațiu poate da energie. În special, stelele pitice albe nu mai generează energie prin fuziune sau contracție gravitațională și nu au vânt solar. Deci, singura modalitate de schimbare a temperaturii este prin răcirea radiativă. Aceasta face ca temperatura lor, în funcție de vârstă, să fie foarte previzibilă; prin observarea temperaturii, astronomii pot deduce vârsta stelei.

Arhitectură

Acoperișurile reci combină o reflexie optică ridicată cu o emisivitate ridicată în infraroșu, reducând simultan transferul de căldură de la soare și creșterea eliminării căldurii prin radiație. Răcirea radiativă oferă astfel un imens potențial de răcire pasivă suplimentară clădirilor rezidențiale și comerciale.

În 2017, cercetătorii au anunțat realizarea unui metamaterial care încorporează microsferele rezonante polar dielectrice polarizate într-o matrice polimerică. Materialul este transparent pentru spectrul solar și obține emisivitate în infraroșu mai mare de 0,93. Când a fost acoperit cu un strat de argint, materialul a obținut o putere de răcire de 93 W/m2 pe zi, la soare direct.

Gheața nocturnă

În India, înainte de inventarea tehnologiei de refrigerare artificială, producerea gheții prin răcirea radiativă nocturnă era obișnuită. Aparatul consta dintr-o tavă mică de ceramică cu un strat subțire de apă, plasată în aer liber, cu o expunere la cerul de noapte. Partea inferioară și laturile erau izolate cu un strat gros de fân. Într-o noapte fără nori apa pierde căldură prin radiații în sus. Dacă aerul este calm și nu prea departe de îngheț, câștigul de căldură din aerul din jur prin convecție era suficient de scăzut pentru a îngheța apa.

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *