Отражатель холода

[siron-nsk.livejournal.com]

Я тут задумался, зачем делают отражающую поверхность внутри сумок-холодильников.



Её снаружи надо делать, чтобы отражала тепло. Что она должна отражать внутри?

Comments

[siron-nsk.livejournal.com]

> Что хорошо отражает, то плохо излучает.
А есть какое-то фундаментальное обоснование, доказательство? Или это чисто эмпирический закон?
Просто мне, как обывателю, относительно легко понять, почему чёрное лучше нагревается. Весь спектр поглащается и т.д. Но почему оно же должно так же хорошо излучать... только потому что сколько поглотило - столько и излучило? Окей, это понятно, равновесие, термодинамика, все дела. Но если мы изнутри постоянно одинаково нагреваем два одинаковых тела - чёрное и белое, то каким образом белое будет излучать меньше? Куда оно будет девать энергию? Запасать? В каком виде?

[agalakhov.livejournal.com]

Фундаментальное доказательство есть, происходит аж из квантовой механики и тесно связано с энергетическим спектром электронов в атомах. Изучается на старших курсах физического факультета.

Но есть простое доказательство "на пальцах" из закона сохранения энергии. Оно нестрогое, но хорошо иллюстрирует суть явления. Поместим рядом отражающий предмет и поглощающий. Поглощающий от падающего на него излучение должен нагреваться, а отражающий будет своим излучением постепенно передавать тепло поглощающему. Следовательно, мы могли бы сделать вечный двигатель, используя это нагревание для приведение в действие тепловой машины. Но это бы нарушило закон сохранения энергии. Следовательно, каждый из двух предметов должен излучать ровно столько же, сколько поглощает, чтобы его температура оставалась постоянной. Из чего следует, что предметы, которые лучше отражают, излучают меньше.

[siron-nsk.livejournal.com]

Возвращаясь к бытовухе - баки с водой красят в чёрный цвет, чтобы она быстрее нагревалась, а не в белый, чтобы медленнее остывала.

[agalakhov.livejournal.com]

Правильно, потому что температура приходящего от Солнца излучения - около 5000 градусов, т.е. значительно выше температуры даже очень горячей воды. Поэтому заведомо ясно, что излучением бак будет в основном нагреваться, а не охлаждаться.

Черный - цвет сильного взаимодействия с излучением. Белый - цвет слабого взаимодействия с излучением. Если взаимодействие - благо, красим в черный, если зло - в белый.

[agalakhov.livejournal.com]

Вот упрощенное квантовое объяснение. Излучение и поглощение фотона происходят при переходе электрона или фона между какими-то энергетическими уровнями. Переход вниз - излучение, переход вверх - поглощение. Необходимое условие для того и другого - существование такой пары уровней. Цвет и отражательная способность определяются тем, какие уровни есть. Поэтому явления симметричны.

Если мы будем одинаково нагревать черное и белое тела, то в момент установления равновесия они оба будут излучать ровно столько, сколько тепла мы им передаем, но белое тело будет иметь более высокую температуру.

Иначе говоря: при равной температуре белое излучает меньше, чем черное.
При равном излучении белое имеет более высокую температуру, чем черное.

Второй факт как раз и используется в конструкции сумки: он позволяет стенке быть теплее содержимого, и тем не менее быть с содержимым в равновесии.

[siron-nsk.livejournal.com]

> При равном излучении белое имеет более высокую температуру, чем черное.
Вот это для меня вообще откровение! Даже не задумывался никогда, что такое может иметь место. Был уверен, что вне зависимости ни от чего излучение пропорционально и определяется только температурой, чтобы тут альбедо участвовало я даже не мог предположить. Контринтуитивная штука.

[agalakhov.livejournal.com]

Если совсем строго, то "равное излучение" не бывает, спектр все равно разный будет. Равной тут будет суммарная энергия.

Очень простой пример, как альбедо влияет. Пламя свечи или керосиновое пламя яркое, а огонь газовой горелки почти невидим. Почему? Газовое пламя значительно горячее, что ясно по голубому оттенку, и, казалось бы, оно должно быть ярче, как так? Все просто: в горячем пламени сгорание полное, там образуются только CO2 и H2O. В холодном же пламени выделяется много черной сажи. Эта черная сажа и является основным излучателем.

Физик в таких вещах сразу задумывается о симметрии. Поглощение и излучение - это одно и то же явление, просто идущее в разных направлениях. Необратимых физических процессов мало, а обратимые симметричны. С точки зрения симметрии все очень ожидаемо.

А спектроскописты хорошо знают: спектр поглощения - это просто перевернутый спектр излучения. Если бросить соль в огонь, будет желтое пламя, а на спектроскопе яркая желтая линия натрия. Если же белый свет пропускать через холодные парЫ натрия, на спектре будет видна черная линия в этом же месте. Вещество излучает на тех же длинах волн, на которых и поглощает.

А еще, как ни странно, все эти явления тесно связаны с электро- и теплопроводностью. Поэтому металлы блестят и хорошо проводят тепло и электричество. Вообще можно понимать это так: излучение и поглощение всегда симметричны, но некоторые вещества сразу же излучают обратно то, что поглотили (отражают), а некоторые пропускают энергию через свой нагрев. И альбедо - это как раз показатель того, сколько энергии вещество отдает обратно сразу же, а сколько придерживает. В физике вообще много эквивалентных способов описывать одно и то же явление, и как раз это и доказывает, что описываем мы правильно: любым путем приходим к одной и той же цели.

[siron-nsk.livejournal.com]

Хорошо объясняете. Был бы у меня в школе такой учитель, я бы на физфак поступил, истинно говорю)

[agalakhov.livejournal.com]

Спасибо :) Если что, обращайтесь.

Очень хорошо физику объяснять умел Ричард Фейнман. Учебник "Фейнмановские лекции по физике" подходит даже тем, кто вообще физику не понимает, и содержит много очень интересных фактов, которых в обычных учебниках нет. И еще есть замечательная книжка "КЭД: странная теория света и вещества", в которой он дает квантовую теорию поля для гуманитариев!!! Ее особенно рекомендую.