13.5: Глобальне потепління

Last updated

Oct 27, 2022
Save as PDF
- 13.4: Методи теплопередачі
- 13,6: фаза рівноваги

Boundless
Boundless

$\newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} }$

$\newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}}$

$\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$

$\newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$

$\newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$

$\newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$

$\newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$

$\newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$

$\newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$

$\newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$

$\newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$

$\newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$

$\newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$

$\newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$

$\newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

навчальні цілі

Охарактеризуйте вплив парникових газів на рівноважну температуру Землі

Випромінювання - природний процес теплопередачі, все постійно випромінює тепло. Коли система знаходиться в рівновазі, ми не помічаємо цього обміну енергією, оскільки кожен об'єкт поглинає і випромінює саме ту кількість енергії, яку він отримує, але ця рівновага є динамічною - обмін завжди відбувається. Загалом, коли температура об'єкта збільшується, він швидше випромінює енергію, випромінюючи фотони з більшою швидкістю, і випромінюючи фотони більшої середньої енергії.

Якщо ми наблизимо Землю як ідеальний поглинач і випромінювач випромінювання, отриманого від Сонця (називається чорним тілом), ми очікуємо, що Земля буде мати середню температуру 5° C, а не 14° C, яку ми спостерігаємо. Додаткова температура надходить із Землі, і її атмосфера вибірково поглинає певні довжини хвиль випромінювання, відображаючи інші довжини хвиль. Невідповідність 9° C обумовлена парниковим ефектом. Гази атмосфери є «селективними поглиначами»; енергія у видимій частині електромагнітного спектра проходить через атмосферу безпосередньо на поверхню Землі (при цьому відбувається також деяке відображення). Земля поглинає цю енергію, а потім повторно випромінює випромінювання в інфрачервоній частині спектра. Гази в атмосфері, в першу чергу CO ₂ та водяна пара, сильно абсорбують в інфрачервоній частині спектра. Атмосфера поглинає інфрачервоне випромінювання від Землі, не даючи їй вирватися в космос. Оскільки всі об'єкти постійно випромінюють випромінювання, атмосфера (поглинувши випромінювання Землі) потім випромінює випромінювання, частина з яких потім реабсорбується поверхнею Землі. Таким чином, парниковий ефект являє собою безперервний цикл поглинання і викиду енергії між Землею і атмосферою. Це призводить до того, що атмосфера і поверхня Землі будуть теплішими, ніж очікувалося інакше.

Радіаційний перенесення

Парниковий ефект - це явище радіаційного перенесення, процес, за допомогою якого відбувається обмін енергією світлових хвиль в речовині. Радіаційна передача диктує, яка енергія відбивається, поглинається і випромінюється.

зображення

Парниковий ефект: Короткий зміст тепловіддачі в атмосфері Землі.

Атмосферні поглиначі

Властивості випромінювання переносу атмосферних хімічних речовин залежать від енергії випромінювання (як для поглинання, так і для випромінювання), і ці властивості є унікальними для кожного хімічного речовини. У контексті глобального потепління ми виявляємо, що важливо враховувати як хімічні речовини та частинки відбивають сонячне світло, так і як вони поглинають енергію, випромінювану Землею. Атмосферні відбивачі, зокрема сульфати і нітрати, відбивають і розсіюють світло ще до того, як він коли-небудь потрапить на поверхню Землі, ефективно зменшуючи потужність, яку отримує Земля. З іншого боку, парникові гази, такі як вуглекислий газ (CO ₂), метан (CH ₄) та закис азоту (N ₂ O), є характерно сильними поглиначами енергії, що випромінюється земною поверхнею. Вони так сильно поглинають, тому що зазвичай проявляють резонансну поведінку поглинання в тому ж енергетичному діапазоні, що і випромінювання, випромінюване землею. Ці пастки тепла перед тим, як він покине Землю, ізолюючи Землю і підвищуючи рівноважну температуру Землі.

Ентропія і сонячне випромінювання

Другий закон термодинаміки має на увазі, що для отримання джерел енергії повинна вироблятися ентропія. У планетарному масштабі це виробництво ентропії в першу чергу враховується поглинанням і повторним випромінюванням випромінювання. Загалом, земля випромінює ту ж енергію, яку отримує. (Якщо парникові гази збільшуються, то температура зростає, а більш високі температури змушують Землю випромінювати більше, компенсуючи більшу енергію, поглинену в атмосфері.) За допомогою світлового випромінювання ми виявляємо, що ентропія, що переноситься фотонами, зменшується зі збільшенням температури, S1TS1T. Оскільки Земля прохолодніше Сонця, оскільки Земля поглинає випромінювання від Сонця і повторно випромінює випромінювання з поверхні Землі, відбувається чисте виробництво ентропії. Це чисте виробництво ентропії дозволяє зберігати та повторно використовувати енергію, особливо у вигляді хімічної енергії, що зберігається клітинами за допомогою фотосинтезу.

Ключові моменти

Атмосфера може як поглинати, так і відображати випромінювання, збільшуючи або зменшуючи середню температуру Землі.
Всі тіла природним чином випромінюють випромінювання; теплі тіла випромінюють більше фотонів, з вищими середніми енергіями.
Поглинаючи сонячне світло і випромінюючи інфрачервоне випромінювання, Земля виробляє ентропію.

Ключові умови

селективний поглинач: Об'єкт, який поглинає випромінювання на певному наборі довжин хвиль, але не буде (прозорим) на інших довжині хвиль.
парниковий ефект: Процес, за допомогою якого планета нагрівається своєю атмосферою.
парникові гази: Будь-який газ, такий як вуглекислий газ або ХФУ, який сприяє парниковому ефекту при викиді в атмосферу.
радіаційний перенесення: передача випромінювання (енергії), що залишає один об'єкт і поглинається іншим.
blackbody: Об'єкт, який є ідеальним поглиначем і випромінювачем випромінювання.

ЛІЦЕНЗІЇ ТА АВТОРСТВА

CC ЛІЦЕНЗОВАНИЙ КОНТЕНТ, РАНІШЕ ДІЛИВСЯ

Курація та доопрацювання. Надано: Boundless.com. Ліцензія: CC BY-SA: Із Зазначенням Авторства

CC ЛІЦЕНЗОВАНИЙ ВМІСТ, СПЕЦИФІЧНА АТРИБУЦІЯ

Аерозолі: крихітні частинки, великий вплив: особливості статті. Надано: Національною асоціацією повітряного та космічного простору. Знаходиться за адресою: http://earthobservatory.nasa.gov/Features/Aerosols/page3.php. Ліцензія: CC BY-SA: Із Зазначенням Авторства
Парниковий ефект. Надано: Вікіпедія. Розташовано за адресою: uk.wikipedia.org/wiki/Greenhouse_effect. Ліцензія: CC BY-SA: Із Зазначенням Авторства
Радіаційний перенесення. Надано: Вікіпедія. Розташовано за адресою: uk.wikipedia.org/wiki/Radiative_transfer. Ліцензія: CC BY-SA: Із Зазначенням Авторства
радіаційний перенесення. Надано: Вікісловник. Розташований за адресою: uk.wiktionary.org/wiki/radiative_transfer. Ліцензія: CC BY-SA: Із Зазначенням Авторства
парниковий ефект. Надано: Вікісловник. Розташований за адресою: uk.wiktionary.org/wiki/greenhouse_effect. Ліцензія: CC BY-SA: Із Зазначенням Авторства
парникові гази. Надано: Вікісловник. Розташований за адресою: uk.wiktionary.org/wiki/greenhouse_gas. Ліцензія: CC BY-SA: Із Зазначенням Авторства
Парниковий ефект. Надано: Вікіпедія. Розташовано за адресою: uk.wikipedia.org/wiki/Greenhouse_effect. Ліцензія: Суспільне надбання: Немає відомих авторських прав