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Groups > de.sci.physik > #140286

Re: Heizung Kühlung durch Sonne + Albedo

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Hermann Riemann wrote:

> Grundprinzip:
> 
> Wenn geheizt werden soll:
> bei Sonne schwarze Oberfläche ( Wärmeaufnahme )
> im dunkeln weiße   Oberfläche ( wenig Wärmestrahlung )

Das ist ein häufiges Missverständnis, dem das Missverständnis zugrundeliegt, 
dass die Farbe der Grund für das Reflexionsvermögen und die Temperatur eines 
Körpers sei statt (wie es richtig ist) umgekehrt.

Eine dunkle/schwarze Fläche hat nach Bestrahlung nicht deshalb eine höhere 
Temperatur als eine helle/weisse Fläche unter den ansonsten gleichen 
Bedingungen, weil sie mehr Wärme aufnähme.  

Stattdessen erscheint sie *Menschen* schwarz, weil sie den für *Menschen* 
*sichtbaren* Anteil des Lichts grösstenteils/vollständig absorbiert.  Die 
stärkere Absorption von Strahlungsenergie (und zwar grösstenteils NICHT die 
der niederenergetischen Infrarotstrahlung) führt zu einer höheren Temperatur 
des Körpers, da seine innere Energie erhöht wird.

Die Temperatur des Körpers kann mithilfe des Stefan–Boltzmann-Gesetzes 
näherungsweise berechnet werden.  Dabei wird angenommen, dass der bestrahlte 
Körper ein sog. Schwarzer Körper (auch: Schwarzkörper, Schwarzer Strahler) 
ist, der alle nicht-reflektierte Strahlung absorbiert und (für Menschen 
nicht sichtbare, d. h. schwarze) Infrarotstrahlung entsprechend seiner 
Temperatur emittieren würde, unabhängig vom Einfallswinkel und 
Emissionswinkel (in der Praxis ist das nicht so).  Dann gilt für die 
Absorptions- und Emissionsleistung (des bestrahlten Körpers):

                          P_abs = P_emit

⇔ (1 − α) P_Quelle/(Ω d²) A_abs = A_emit σ T⁴,

wobei

  α: Albedo (0: vollständige Absorption, 1: vollständige Reflexion);
  Ω: Raumwinkel, in den die Quelle abstrahlt (bei einer sphärisch-
     symmetrischen oder Punktquelle: 4π – gleichmässig auf eine gedachte
     Kugeloberfläche verteilt);
  d: Abstand zwischen (Oberfläche der) Quelle und Oberfläche des bestrahlten
     Körpers;
  A_abs:
     absorbierende Fläche des Körpers; in der Regel der Querschnitt seiner
     gesamten Oberfläche, da die Strahlung nur aus einer Richtung kommt;
  A_emit:
     emittierende Fläche des Körpers; in der Regel seine gesamte Oberfläche;
  σ: Stefan–Boltzmann-Konstante;
  T: absolute Temperatur des Körpers bei/kurz nach Bestrahlung.

Für die terrestrische mittlere Oberlächentemperatur ergäbe sich (wie ich 
hier oder in de.sci.astronomie schon mehrfach erklärte) ohne Atmosphäre (und 
den durch sie verursachten natürlichen Treibhauseffekt) aufgrund der solaren 
Strahlung:

  (1 − 0.3) P_Sol/(4π (1 au)²) π R² = (1 − 0.3) S π R² = 4π R² σ T⁴
⇔ (1 − 0.3) S = 4 σ T⁴
⇔ T = ∜((1 − 0.3) S/(4 σ)) ≈ −19 °C,

wobei S = P_Sol/(4π (1 au)²) ≈ 1360 W/m² die sog. Solarkonstante ist.
(Tatsächlich wird die Strahlungsleistung P_Sol ≈ 3.8 × 10²⁶ W ermittelt, 
indem die gemessene Solarkonstante mit 4π (1 au)² multipliziert wird, unter 
der Annahme, dass die Strahlungsleistung in alle Richtungen von Sol aus 
gleich gross ist.)
 
> Wenn gekühlt werden soll:
> bei Sonne weiße     Oberfläche ( Reflexion statt Wärmeaufnahme )

Auch hier ist der Grund für die "Farbe" „weiss“ erstmal nur, dass von den 
Körper alles für Menschen sichtbare Licht reflektiert wird (Weiss ist daher 
physikalisch ebensowenig eine Farbe des Lichts wie Schwarz).  Da dieses dann 
nicht absorbiert wird, erhöht es nicht die innere Energie des bestrahlten 
Körpers.  Es ist aber durchaus möglich, dass für Menschen nicht sichtbare 
Strahlungsbestandteile, wie z. B. die höherenergetische UV-Strahlung, dies 
tun.  Da die terrestrische Atmosphäre bis zum Boden nicht nur den sichtbaren 
Teil des elektromagnetischen Spektrums transmittiert, erwärmt sich auch eine 
helle/weisse Oberfläche, nur langsamer als eine dunkle/schwarze.

Die geringere Absorptionsrate von weiss erscheinenden Objekten ist 
allerdings der Grund dafür, weshalb EVA-Raumanzüge weiss sind.  Durch das 
reflektierende Material (was eben zu seinem Erscheinungsbild führt) wird 
(zusammen mit dem Kühlsystem) verhindert, dass Astronauten in Raumanzügen 
überhitzen, wenn diese(r) direktem Sonnenlicht ausgesetzt sind.  Ähnliches 
gilt für Raumkapseln.  Dabei wird aber nicht nur sichtbares Licht 
reflektiert, genauso wie ein schwarz erscheinendes Objekt nicht 
notwendigerweise nur sichtbares Licht absorbiert.


PointedEars
-- 
“Science is empirical: knowing the answer means nothing;
 testing your knowledge means everything.”
   —Dr. Lawrence M. Krauss, theoretical physicist,
    in “A Universe from Nothing” (2009)

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Heizung Kühlung durch Sonne + Albedo Hermann Riemann <nospam.ng@hermann-riemann.de> - 2022-03-08 14:06 +0100
  Re: Heizung Kühlung durch Sonne + Albedo Rolf Bombach <rolfnospambombach@invalid.invalid> - 2022-03-12 23:19 +0100
    Re: Heizung Kühlung durch Sonne + Albedo Fritz <mogined@nurfuerspam.de> - 2022-03-18 08:47 +0100
      Re: Heizung Kuhlung durch Sonne + Albedo Carla Schneider <carla_sch@yahoo.com> - 2022-03-18 11:11 +0100
        Re: Heizung Kuhlung durch Sonne + Albedo Fritz <mogined@nurfuerspam.de> - 2022-03-18 17:15 +0100
          Re: Heizung Kuhlung durch Sonne  Albedo Carla Schneider <carla_sch@yahoo.com> - 2022-03-19 00:27 +0100
            Re: Heizung Kühlung durch Sonne Albedo Fritz - Till Eulenspiegel und Trollfuetterer <mogined@nurfuerspam.de> - 2022-03-19 17:54 +0100
      Re: Heizung Kühlung durch Sonne + Albedo Rolf Bombach <rolfnospambombach@invalid.invalid> - 2022-04-13 13:15 +0200
        Re: Heizung Kühlung durch Sonne + Albedo Fritz <mogined@nurfuerspam.de> - 2022-04-18 11:33 +0200
  Re: Heizung Kühlung durch Sonne + Albedo Thomas 'PointedEars' Lahn <PointedEars@web.de> - 2022-03-13 02:17 +0100
    Re: Heizung Kühlung durch Sonne + Albedo Hermann Riemann <nospam.ng@hermann-riemann.de> - 2022-03-13 07:18 +0100
      Re: Heizung Kühlung durch Sonne + Albedo Thomas 'PointedEars' Lahn <PointedEars@web.de> - 2022-03-13 16:46 +0100
    Re: Heizung Kühlung durch Sonne + Albedo Hans-Peter Diettrich <DrDiettrich1@aol.com> - 2022-03-13 16:01 +0100
      Re: Heizung Kühlung durch Sonne + Albedo Thomas 'PointedEars' Lahn <PointedEars@web.de> - 2022-03-13 16:54 +0100
      Re: Heizung Kühlung durch Sonne + Albedo Thomas 'PointedEars' Lahn <PointedEars@web.de> - 2022-03-13 16:54 +0100
        Re: Heizung Kühlung durch Sonne + Albedo Hans-Peter Diettrich <DrDiettrich1@aol.com> - 2022-03-13 21:44 +0100
          Re: Heizung Kühlung durch Sonne + Albedo Thomas 'PointedEars' Lahn <PointedEars@web.de> - 2022-03-13 22:53 +0100
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            Re: Heizung Kühlung durch Sonne + Albedo Fritz <mogined@nurfuerspam.de> - 2022-03-18 08:51 +0100
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