Toplotno zračenje Zračenje crnog tijela

1. Toplotno zračenjeZračenje crnog tijela

2. Kvantna svojstva elektromagnetnog zračenja. "Ultravioletna katastrofa". § Sva tijela, na bilo kojoj temperaturi, stalno emituju energiju u obliku elektromagnetnih talasa - to je tzv. termičko (toplotno) zračenje. § Na datoj temperaturi T intenzitet elektromagnetnih zračenja koje emituje tijelo zavisi od talasne dužine λ (vidljivi dio spektra, IC, …). § Apsolutno crno tijelo je savršeni apsorber energije elektromagnetnih talasa koju istovremeno i reemituje nazad u prostor oko sebe. • Sa porastom temperature, maksimum intenziteta zračenja se pomijera u oblast manjih talasnih dužina λ većih frekvencija ν). Intenzitet emitovane energije apsolutno crnog tijela

3. Funkcija spektralne gustine zračenjaapsolutno crnog tijela Stefan Boltzmann-ov zakon: E =  T4 Wien’ov zakon Pomijeranja: max· T(K) 3000 m

4. Osnovni zakoni toplotnog zračenja • Sva tijela emituju toplotno zračenje na račun svoje unutrašnje energije. • To zračenje se emituje na svakoj temperaturi T • Toplija tijela emituju više energije od hladnijih • 4) Količina koju emituje tijelo proporcionalna je četvrtom stepenu njegove apsolutne temperature. •  To jeStefan Boltzmann-ov zakon • E =  T4 • E = flux energije (W/m2) • T = temperature (K) •  = 5.67 x 10-8 W/m2K4 (S-B konstanta)

5. Osnovni zakoni toplotnog zračenja 1) Sva tijela emituju toplotno zračenje. 2) Toplija tijela emituju više energije od hladnijih.Količina emitovane energije zavisi od temperature na kojoj se tijelo nalazi. 3) Što je tijelo toplije to je kraća talasna dužina najviše (maksimalno) emitovatog zračenja To je Wien’ov zakon max  3000 m T(K)

6. Stefan-Boltzmann-ov zakon E =  T4 E = fluks energije (W/m2) T = temperatura (K)  = 5.67 x 10-8 W/m2K4 (konstanta) Wien’ovzakon max  3000 m T(K)

7. Koristeći ove zakone možemo izračunati karakteristike toplotnog zračenja koje dolazi sa Sunca i od Zemlje 6,000 K 300 K

10. 1000 100 10 1 0.1 0.01 Electromagnetni spektar vidljiva svjetlost infracrveni ultravioletna x-zraci mikrotalasi Niska Energija Visoka Energija  (m)

12. Plava svjetlost sa Sunca je uklonjena iz snopa Rayleigh-jevimrasijanjem, tako da Sunce izgledažuto kad se gleda sa Zemljine površine iako je maksimum njegovog zračenja u zelenom.

14. Stefan-Boltzman’ ov zakon E =  T4 E = fluks energije (W/m2) T = temperatura (K)  = 5.67 x 10-8 W/m2/K4 (konstanta)

16. Sunčevo zračenje i Zemljin energetski bilans

17. Planetarna energetska ravnoteža • Možemo iskoristiti ove zakone kako bismo izračunali ravnotežu zračenja na Zemlji.

18. Neke osnovne formule: Površina kruga =  r2 Površina kugle = 4  r2

19. Energetska ravnoteža: Energija koju dobije Zemlja jednaka je onoj koju Zemlja izgubi. Da nije tako, temperatura Zemlje bi stalno rasla ili opadala.

20. Energetska ravnoteža: Upadna energija = izlazna energija Ein = Eout Eout Ein

21. Koliko Sunčeve energije stigne na Zemlju?

22. Koliko Sunčeve energije stigne na Zemlju? Kako se energija rasipa dalje od Sunca, ona se širi preko veće i veće površine.

23. Koliko Sunčeve energije stigne na Zemlju? Kako se energija rasipa dalje od Sunca, ona se širi preko veće i veće površine.  To je zakon inverznog kvadrata

24. So = L / površina sfere

25. So = L / (4  rs-e2) = 3.9 x 1026 W = 1370 W/m2 4 x  x (1.5 x 1011m)2 Soje solarna konstanta za Zemlju

26. So = L / (4  rs-e2) = 3.9 x 1026 W = 1370 W/m2 4 x  x (1.5 x 1011m)2 Soje solarna konstanta za Zemlju Određena je rastojanjem između zemlje (rs-e) i Sunca i Sunčevom luminoznošću.

27. Svaka planeta ima svoju solarnu konstantu...

28. Koliko solarne energije stigne na Zemlju? Ako pretpostavimo da Sunčevo zračenje pokriva krugdefiniran radijusom Zemlje (re) Ein re

29. Koliko solarne energije stigne na Zemlju? Ako pretpostavimo da Sunčevo zračenje pokriva krugdefiniran radijusom Zemlje (re) Ein = So (W/m2) x  re2 (m2) Ein re

30. Koliko energije emituje Zemlja? 300 K

31. Koliko energije emituje Zemlja? Eout = E x (površina Zemlje)

32. Koliko energije emituje Zemlja? Eout = E x (površina Zemlje) E =  T4 Površina = 4  re2

33. Koliko energije emituje Zemlja? Eout = E x (površina Zemlje) E =  T4 Površina = 4  re2 Eout = ( T4) x (4  re2)

34. 1000 100 10 1 0.1 0.01 Sunce Zemlja Toplija tijela emituju Više energije od hladnijih F =  T4  (m)

36. 1000 100 10 1 0.1 0.01 Toplija tijela emituju na kraćoj talasnoj dužini. max = 3000/T Sun Earth Toplija tijela emituju Više energije od hladnijih E =  T4  (m)

37. Eout Koliko energije emituje Zemlja? Eout = E x (površina Zemlje)

38. Eout Koliko energije emituje Zemlja? Eout = E x (površina Zemlje) E =  T4 Površina = 4  re2 Eout = ( T4) x (4  re2)

39. Koliko solarne energije dolazi na Zemlju? Ein

40. Koliko solarne energije dolazi na Zemlju? Možemo da pretpostavimo da solarno zračenje pokriva površinu kruga koji je definiran Zemljinim radijusom (re). Ein re

41. Koliko solarne energije dolazi na Zemlju? Možemo da pretpostavimo da solarno zračenje pokriva površinu kruga koji je definiran Zemljinim radijusom (re). Ein = So x (površina kruga) Ein re

42. Ako se prisjetimo ... So = L / (4  rs-e2) = 3.9 x 1026 W = 1370 W/m2 4 x  x (1.5 x 1011m)2 So je solarna konstanta za Zemlju Određena je rastojanjem između zemlje (rs-e) i Sunca i Sunčevom luminoznošću.

43. Koliko solarne energije dolazi na Zemlju? Možemo da pretpostavimo da solarno zračenje pokriva površinu kruga koji je definiran Zemljinim radijusom (re). Ein = So x (area of circle) Ein = So (W/m2) x  re2 (m2) Ein re

44. Koliko solarne energije dolazi na Zemlju? Ein = So re2 ALI OVO NIJE SASVIM TAČNO! **Nešto energije se reflektuje** Ein re

45. Koliko solarne energije dolazi na Zemlju? Albedo (A) = % energije koja se reflektuje Ein = So re2 (1-A) Ein re

46. Koliko solarne energije dolazi na Zemlju? Albedo (A) = % energije koja se reflektuje A= 0.3 today Ein = So re2 (1-A) Ein = So re2 (0.7) re Ein

47. Energetski balans: Upadna energija = izlaznoj energiji Ein = Eout Eout Ein

48. Eout Energetski balans: Ein = Eout Ein = So re2 (1-A) Ein

49. Eout Energetski balans: Ein = Eout Ein = So re2 (1-A) Eout =  T4(4  re2) Ein

50. Eout Energetski balans: Ein = Eout So re2 (1-A) =  T4 (4  re2) Ein