+- Forum Ateista.pl (https://ateista.pl)
+-- Dział: Nauka (https://ateista.pl/forumdisplay.php?fid=5)
+--- Dział: Nauki ścisłe i techniczne (https://ateista.pl/forumdisplay.php?fid=19)
+--- Wątek: Czy ktoś mógłby wyjaśnić...? (wątek zbiorczy) (/showthread.php?tid=7773)
Czy ktoś mógłby wyjaśnić...? (wątek zbiorczy) - matsuka - 02.04.2015
Co mi się nie zgadza?
Dryfuje sobie satelita wśród stale rozgrzanych cząstek do temperatury nawet 2000 stopni.
Nigdy nie ma przerwy w tym dryfowaniu, narażony jest na ciągły atak promieniowania i powiększanie swojej temperatury. Oprócz promieniowania kosmicznego, które ciągle go atakuje prowadzi wymianę cieplną z otaczającymi go gazami, może na małą skalę, ale jednak. Ta wymiana cieplna również oznacza ciągłe, powolne, systematyczne podnoszenie jego temperatury a nie oddawanie jej.
W jaki sposób cząsteczki kadłubu miałyby wypromieniowywać swoje ciepło i systematycznie się ochładzać w takich warunkach?
Intuicyjnie wydaje mi się to chyba niemożliwe. Biały kolor odblaskowej powierzchni mnie do końca nie przekonuje.
Ale szczerze bardzo dziękuję za te wyjaśnienia wszystkich. Można z nich się sporo mądrych rzeczy dowiedzieć.
Czy ktoś mógłby wyjaśnić...? (wątek zbiorczy) - magicvortex - 02.04.2015
matsuka napisał(a):Co mi się nie zgadza?
Dryfuje sobie satelita wśród stale rozgrzanych cząstek do temperatury nawet 2000 stopni.
Nigdy nie ma przerwy w tym dryfowaniu, narażony jest na ciągły atak promieniowania i powiększanie swojej temperatury. Oprócz promieniowania kosmicznego, które ciągle go atakuje prowadzi wymianę cieplną z otaczającymi go gazami, może na małą skalę, ale jednak. Ta wymiana cieplna również oznacza ciągłe, powolne, systematyczne podnoszenie jego temperatury a nie oddawanie jej.
Wiesz jest różnica pomiędzy szklanką wrzątku a oceanem wrzątku mimo że temperatura ta sama. To tak odnośnie rozrzedzonego gazu.
matsuka napisał(a):W jaki sposób cząsteczki kadłubu miałyby wypromieniowywać swoje ciepło i systematycznie się ochładzać w takich warunkach?
Promieniowanie cieplne + przekazywanie temperatury innym elementom statku.
matsuka napisał(a):Intuicyjnie wydaje mi się to chyba niemożliwe. Biały kolor odblaskowej powierzchni mnie do końca nie przekonuje.
Refleksja promieniowania ma za zadanie obniżyć efekt grzania satelity przez to promieniowanie. Nie rozwiązuje to wszystkich problemów, po prostu ułatwia to chłodzenie. Coś jak parasol w słoneczny dzień.
matsuka napisał(a):Ale szczerze bardzo dziękuję za te wyjaśnienia wszystkich. Można z nich się sporo mądrych rzeczy dowiedzieć.
Chyba dobrą odpowiedzią na Twoje pytania byłyby konkretne obliczenia. Czyli dokładnie jaka ilość energii cieplnej jest przekazywana przez słońce i gazy oraz jaka ilość jest odbijana albo wypromieniowywana. Oczywiście też pytanie w jakiej temperaturze sprzęt może wydajnie pracować. Ale ja nie mam dostępu w tym momencie do konkretnych danych.
Czy ktoś mógłby wyjaśnić...? (wątek zbiorczy) - Fizyk - 02.04.2015
matsuka napisał(a):W jaki sposób cząsteczki kadłubu miałyby wypromieniowywać swoje ciepło i systematycznie się ochładzać w takich warunkach?Każde ciało promieniuje. Im jest cieplejsze, tym promieniuje bardziej i na krótszych długościach fali. Ciała o temperaturze pokojowej emitują ok. 400 W/m2, z czego większość przypada na podczerwień. Ciało ludzkie jest cieplejsze i daje już ok. 500 W/m2 (dzięki temu działa termowizja).
Im wyższa temperatura, tym większe straty energii związane z promieniowaniem - rosną z czwartą potęgą temperatury. To oznacza, że 2 razy cieplejsze ciało (uwaga: w skali bezwzględnej) emituje 16 razy więcej energii.
W okolicach Ziemi otrzymujemy od Słońca ok. 1300 W/m^2. Sferycznemu, dobrze przewodzącemu ciepło satelicie wystarczyłoby emitować 325 W/m2 (bo absorbuje ciepło swoim przekrojem, czyli polem koła: [latex]\pi r^2[/latex], a emituje całą powierzchnią sfery: [latex]4\pi r^2[/latex] - 4 razy większą). To przekłada się na temperaturę 275 K, czyli jakieś 2 stopnie Celsjusza. Niezbyt ciepło.
Oczywiście, jest drobny problem - takie proste obliczenia działają tylko dla ciał doskonale czarnych (czyli takich, które pochłaniają całe promieniowanie, jakie na nie pada). Dużo ciał jest z dobrym przybliżeniem ciałami doskonale czarnymi, ale nie wszystkie. Tlen np. dobrze pochłania (a zatem i emituje - to jest symetryczne) ultrafiolet, ale niezbyt dobrze - podczerwień i światło widzialne. Pochłania więc ultrafiolet słoneczny i przez to się nagrzewa, ale nawet 2000 stopni nie wystarczają, żeby emitowane promieniowanie termiczne przypadało na ten zakres - to jest raczej zakres podczerwieni i czerwieni/żółci. W tym zakresie więc tlen wypromieniowuje swoje ciepło, ale że nie jest to jego "ulubiony" zakres, wypromieniowuje go mało i dlatego nagrzewa się łatwiej, niż różne inne substancje.
Czy ktoś mógłby wyjaśnić...? (wątek zbiorczy) - Sofeicz - 02.04.2015
Dużo większym problemem niż samo nagrzewanie się jest naprzemienne ogrzewanie i chłodzenie konstrukcji, w zależności od aktualnego położenia.
Amplituda takiego cyklu to ok. 300 C.
Takie cykliczne zmiany temperatury poddają konstrukcję nieustannym naprężeniom i mogą spowodować uszkodzenia.
Już kiedyś pisałem w dyskusji z Wronem, że Rosjanie stosują w swoich pojazdach kosmicznych zaawansowane, próżniowe panele izolacyjne o przewodności cieplnej odpowiadającej 6 metrowej warstwie styropianu.
Czy ktoś mógłby wyjaśnić...? (wątek zbiorczy) - matsuka - 04.04.2015
Przeprowadzę rozumowanie na zdrowy chłopski rozum, proszę mnie poprawić w miejscach w których popełniam błąd.
Pytanie : dlaczego gdy Słońce jest wysoko, blisko zenitu, jest bardzo gorąco i nie można patrzeć prosto w Słońce (jak przy ostatnim zaćmieniu) natomiast gdy zachodzi jest chłodniej i można patrzeć na słońce?
Odpowiedź na zdrowy chłopski rozum : bo gdy Słońce zachodzi to ma grubszą warstwę atmosfery przez którą musi się przedostać do nas i ta atmosfera mocniej pochłania i ciepło i inne promieniowanie.
Na podstawie tego można wyprowadzać dalsze wnioski ... jeżeli nawet w zenicie słońce jest powstrzymywane przez grubą warstwę atmosfery ( powiedzmy najbardziej znaczące 500 km) a przy takiej sytuacji temperatura na ziemi może dochodzić do 50 stopni Celsjusza to jaka może być temperatura od Słońca (oraz inne promieniowanie) tam wysoko, gdy nie ma żadnej warstwy ochronnej?
Sądzę, że jakaś olbrzymia, gdzie elektronika może mieć spore problemy z funkcjonowaniem. Wydaje mi się, że Fizyk robi obliczenia na podstawie warunków tutaj na powierzchni Ziemi gdy tymczasem tam wysoko muszą być jakieś ekstremalne warunki.
Dlaczego nie mam racji?
Czy ktoś mógłby wyjaśnić...? (wątek zbiorczy) - Fanuel - 04.04.2015
Na zdrowy chłopski rozum to Słoñce w zenicie jest wtedy gdy ten rejon Ziemi jest zwròcony bezpośrednio w strone gwiazdy i wtedy też rejon ten przyjmuje najwięcej promieniowania. Ziemia nie jest płaska czy rugbiasta żeby grubości atmosfery miały jakieś znaczenie.
Czy ktoś mógłby wyjaśnić...? (wątek zbiorczy) - magicvortex - 04.04.2015
Nie tylko warstwy atmosfery mają znaczenie ale również kąt padania promieni słonecznych. Im mniejszy kąt tym większą powierzchnie obejmuje ta sama ilość promieniowania. Możliwe również że im mniejszy kąt tym łatwiej odbić światło ale tego nie jestem pewien, a nie chce mi się szukać teraz.
Czy ktoś mógłby wyjaśnić...? (wątek zbiorczy) - Jester - 04.04.2015
matsuka napisał(a):Przeprowadzę rozumowanie na zdrowy chłopski rozum, proszę mnie poprawić w miejscach w których popełniam błąd.Inny kąt padania ma znacznie większe znaczenie, niż potencjalnie nieco dłuższa draga, którą światło musiałoby spędzić w atmosferze, pod owym innym kątem.
Pytanie : dlaczego gdy Słońce jest wysoko, blisko zenitu, jest bardzo gorąco i nie można patrzeć prosto w Słońce (jak przy ostatnim zaćmieniu) natomiast gdy zachodzi jest chłodniej i można patrzeć na słońce?
Odpowiedź na zdrowy chłopski rozum : bo gdy Słońce zachodzi to ma grubszą warstwę atmosfery przez którą musi się przedostać do nas i ta atmosfera mocniej pochłania i ciepło i inne promieniowanie.
Weź sobie kartkę papieru/książkę/płaskie biurko oraz lampkę nocną i naświetl kartkę najpierw trzymając lampę bezpośrednio nad powierzchnią, a potem pod kątem (z boku powierzchni. Kiedy jest lepsze oświetlenie?
Cytat:Na podstawie tego można wyprowadzać dalsze wnioski ... jeżeli nawet w zenicie słońce jest powstrzymywane przez grubą warstwę atmosfery ( powiedzmy najbardziej znaczące 500 km) a przy takiej sytuacji temperatura na ziemi może dochodzić do 50 stopni Celsjusza to jaka może być temperatura od Słońca (oraz inne promieniowanie) tam wysoko, gdy nie ma żadnej warstwy ochronnej?Jest raczej odwrotnie. To głównie atmosfera (oraz w mniejszych stopniu bardzo duża powierzchnia Ziemi) pochłaniają ciepło, co zwiększa temperaturę. Na dużych wysokościach powietrza jest znacznie mniej (więc ciepła nie utrzymuje) a także nie ma ogromnej nagrzewanej powierzchni, a tylko niewielka powierzchnia np. satelity.
Stąd temperatura powierzchni Wenus jest sporo wyższa, niż Merkurego (nawet w ciągu dnia), mimo, że Merkury otrzymuje znacznie więcej promieniowania słonecznego (ilość promieniowania maleje z kwadratem odległości). I dlatego księżyc jest bardzo zimny (z pewnymi wyjątkami). Mimo, że znajduje się w podobnej odległości od Słońca co Ziemia, to nie posiada atmosfery, w związku z czym ma bardzo niską temperaturę.
Ten wyjątek to skrajne temperatury na równiku, podczas maksymalnego wystawienia na promieniowanie słoneczne - wynoszące wtedy... około 100 stopni.
Zatem owszem, atmosfera absorbuje część promieniowania - ale działa to w ten sposób, że obniża maksymalne temperatury (z około 100 stopni na równiku [Księżyc] do około 50 [Ziemia]), natomiast znacznie podwyższa najniższe - (Księżyc schodzi poniżej -200 stopni Celsiusza) i przez to również średnie temperatury. Natomiast bardziej gęsta atmosfera (jak wenusjańska) może zwiększać nawet maksymalne temperatury, przez skrajny efekt cieplarniany.
Stąd na dużych wysokościach, żadnych ekstremalnych temperatur być nie może - około tych 100 stopni wynosi maksimum.
Wynika to z tego, że powierzchnie stałe (zwłaszcza metale, ale nie tylko) więcej promieniowania odbijają niż absorbują. Bez atmosfery, życie na Ziemi byłoby niemożliwe nie z powodu wysokich temperatur, ale z powodu niesamowitego zimna przez większość czasu.
Czy ktoś mógłby wyjaśnić...? (wątek zbiorczy) - matsuka - 04.04.2015
Kąt może mieć duże znaczenie gdy naświetlamy wielką, płaską powierzchnię. Słońce to nie jest kierunkowa lampa. Mówimy o naświetlaniu czegoś co wisi sobie w powietrzu i wtedy kąt nie ma wielkiego znaczenia, jeżeli powierzchnia jest regularna - bo z każdego miejsca promienie atakują ten przedmiot tak samo, tylko inny jego fragment.
Jeżeli zawiesimy na sznurku jakiś przedmiot i będziemy go naświetlać z różnych kierunków lampą to nie ma znaczenia z jakich, będzie się nagrzewał tak samo. Kąt wtedy nie ma znaczenia.
Czy ktoś mógłby wyjaśnić...? (wątek zbiorczy) - matsuka - 04.04.2015
Piszecie, że warstwa atmosfery nie ma większego znaczenia, tylko kąt padania i gdy jest w zenicie to wtedy grzeje najmocniej, co zresztą czujemy na ciele w postaci gorących promieni. Ale w pewnym sensie słońce zawsze jest w zenicie względem nas.
Po prostu promienie w tzw. zenicie padają nam prostopadle na czubek głowy a gdy słońce zachodzi to prostopadle powiedzmy na czoło. I przy zachodzie słońca powinniśmy wtedy czuć to ciepło na twarzy, jeśli atmosfera nie ma znaczenia, jak twierdzicie - a nie czujemy.
Czy ktoś mógłby wyjaśnić...? (wątek zbiorczy) - Fanuel - 04.04.2015
No bo czują ciepło i mają zenit ci którzy już razem z Ziemią sie do slonka obrócili :-D
Czy ktoś mógłby wyjaśnić...? (wątek zbiorczy) - Jester - 04.04.2015
matsuka napisał(a):Piszecie, że warstwa atmosfery nie ma większego znaczenia, tylko kąt padania i gdy jest w zenicie to wtedy grzeje najmocniej, co zresztą czujemy na ciele w postaci gorących promieni. Ale w pewnym sensie słońce zawsze jest w zenicie względem nas.Problem w tym, że kiedy Słońce świeci pod kątem, to ta sama powierzchnia otrzymuje znacznie mniejszą część promieniowania, w związku z tym jest znacznie chłodniej. To jak Słońce jest ustawione wobec nas nie ma wielkiego znaczenia. Znaczenie ma to, jak jest ustawione względem tej części globu, na której właśnie się znajdujemy.
Po prostu promienie w tzw. zenicie padają nam prostopadle na czubek głowy a gdy słońce zachodzi to prostopadle powiedzmy na czoło. I przy zachodzie słońca powinniśmy wtedy czuć to ciepło na twarzy, jeśli atmosfera nie ma znaczenia, jak twierdzicie - a nie czujemy.
Zrobiłeś "eksperyment" z lampą, o którym wspominałem w poście wcześniej?
Czy ktoś mógłby wyjaśnić...? (wątek zbiorczy) - matsuka - 04.04.2015
Ty mówisz o dużej powierzchni. A mi teraz chodzi o powierzchnię twarzy. Załóżmy, że jest środek lata, w południe, upał. Słońce niemal w zenicie. Odwracam twarz w kierunku słońca i czuję potężny gorąc, gorące promienie słoneczne padają mi na twarz, czuję je. Poczekam jednak 7 godzin a Słońce zbliża się do linii horyzontu. Odwracam twarz w jego kierunku i nie czuję tych promieni słonecznych na twarzy, nie czuję tego żaru. Dlaczego?
To, że wieczorem będzie chłodniej to kwestia temperatury otoczenia, ale dlaczego ja żaru słońca wieczorem nie czuję tak jak w południe jeśli to nie jest kwestia atmosfery?
Czy ktoś mógłby wyjaśnić...? (wątek zbiorczy) - Jester - 04.04.2015
matsuka napisał(a):Ty mówisz o dużej powierzchni. A mi teraz chodzi o powierzchnię twarzy. Załóżmy, że jest środek lata, w południe, upał. Słońce niemal w zenicie. Odwracam twarz w kierunku słońca i czuję potężny gorąc, gorące promienie słoneczne padają mi na twarz, czuję je. Poczekam jednak 7 godzin a Słońce zbliża się do linii horyzontu. Odwracam twarz w jego kierunku i nie czuję tych promieni słonecznych na twarzy, nie czuję tego żaru. Dlaczego?Bo dociera do twarzy tego promieniowania znacznie mniej. Tak samo jak do powierzchni Ziemi.
To, że wieczorem będzie chłodniej to kwestia temperatury otoczenia, ale dlaczego ja żaru słońca wieczorem nie czuję tak jak w południe jeśli to nie jest kwestia atmosfery?
Ziemia ma kształt bardzo zbliżony do kuli. Objętość atmosfery pochłaniająca promieniowanie nie zmienia się jakoś mocno w zależności od położenia Słońca. Natomiast natężenie promieniowania zmienia się znacząco.
Czy ktoś mógłby wyjaśnić...? (wątek zbiorczy) - Sofeicz - 04.04.2015
matsuka napisał(a):Ty mówisz o dużej powierzchni. A mi teraz chodzi o powierzchnię twarzy. Załóżmy, że jest środek lata, w południe, upał. Słońce niemal w zenicie. Odwracam twarz w kierunku słońca i czuję potężny gorąc, gorące promienie słoneczne padają mi na twarz, czuję je. Poczekam jednak 7 godzin a Słońce zbliża się do linii horyzontu. Odwracam twarz w jego kierunku i nie czuję tych promieni słonecznych na twarzy, nie czuję tego żaru. Dlaczego?
To, że wieczorem będzie chłodniej to kwestia temperatury otoczenia, ale dlaczego ja żaru słońca wieczorem nie czuję tak jak w południe jeśli to nie jest kwestia atmosfery?
Oczywiście jest to wpływ atmosfery.
Stała Słoneczna wynosi dla Ziemi 1380 W/m2.
Do powierzchni Ziemi w położeniu zenitalnym Słońca dociera ok. 900 w/m2.
A więc przepuszczalność atmosfery wynosi ok. 66%.
Promienie zachodzącego Słońca mają do pokonania dwu a nawet trzykrotnie wiekszą odległość i proporcjonalnie tracą wiecej enegrgii (szczególnie w górnym zakresie widma).
Wystarczy użyć światlomierza fotograficznego, żeby stwierdzić, że intensywność takiego światła stanowi 50 a nawet 30% światła południowego.
Czy ktoś mógłby wyjaśnić...? (wątek zbiorczy) - matsuka - 04.04.2015
Jest coś co mnie zastanawia odnośnie stałej słonecznej. Gdybym chciał zbudować satelitę to prawdopodobnie niezbędną informacją, której bym potrzebował byłaby wartość tej stałej słonecznej. Bez niej nie mógłbym dokonać obliczeń czy ten satelita w ogóle ma szanse się tam utrzymać na wysokościach, jakich będę potrzebował materiałów, jak wydajnego chłodzenia etc.
Tymczasem wartość tę ustalono na podstawie... danych z satelity! Nie staram się węszyć żadnych spisków, broń boże, ale to dla mnie jest dziwne.
Czy ktoś mógłby wyjaśnić...? (wątek zbiorczy) - Sofeicz - 04.04.2015
Poczytaj sobie o Stalej Słonecznej (np. na Wiki).
Jest tam historia jej wyznaczenia.
Stałą oznaczano (z mniejszym lub większym błędem) o wiele wcześniej.
Czy ktoś mógłby wyjaśnić...? (wątek zbiorczy) - Soul33 - 04.04.2015
matsuka napisał(a):Gdybym chciał zbudować satelitę to prawdopodobnie niezbędną informacją, której bym potrzebował byłaby wartość tej stałej słonecznej.Bez przesady. Zwykłą metodą prób i błędów też by dało radę.
Czy ktoś mógłby wyjaśnić...? (wątek zbiorczy) - Sofeicz - 04.04.2015
Soul33 napisał(a):Bez przesady. Zwykłą metodą prób i błędów też by dało radę.
Oczywiście. Wystarczy zmierzyć intensywność promieniowania w kilku punktach o różnym wyniesieniu i dokonać paru prostych rachunków.
Błąd pomiarowy będzie niewielki.
Czy ktoś mógłby wyjaśnić...? (wątek zbiorczy) - Soul33 - 04.04.2015
Akurat miałem na myśli, że można by budować osłony satelitów z różnych metali o różnej grubości i w końcu wytrzymałyby na tyle długo, aby dokonać wszelkich potrzebnych pomiarów.