Over energie-uitwisseling

Bericht van: Cees-Rotterdam , 12-08-2013 17:14 

Tja, een geheel nieuw onderwerp dan maar. Ik weet niet precies wat er wel en niet bij jou bekend is. Ik neem aan dat je de begrippen: straling, geleiding en convectie kent.
Jouw vraag is eigenlijk: waardoor ontstaan er energie-stromen? In dit geval ook aan te duiden als warmte-stromen; tenslotte wordt warmte in de fysica gezien als een vorm van energie. Ik zal pogen daar enig licht op te werpen en daarbij de fenomenen straling, geleiding en convectie aan de orde stellen.

Allereerst het begrip “lichaam”. In de fysica wordt dat gebruikt voor een wel gedefinieerde hoeveelheid stof. Dat kan een vast voorwerp zijn, maar ook een hoeveelheid gas of vloeistof. Soms spreken we over een lichaam en zijn omgeving.
Dan het begrip temperatuur: Twee lichamen die met elkaar in thermisch evenwicht zijn hebben dezelfde temperatuur. Als er verschil is in temperatuur tussen twee lichamen die op enige wijze met elkaar in contact zijn, dan is er een streven om door energie-uitwisseling weer tot evenwicht te komen. Energie-uitwisseling kan plaats vinden door geleiding, straling of convectie.

Eerst een voorbeeld met uitsluitend geleiding:
Ik leg een ei in kokend water; de twee lichamen, namelijk het ei en het water in de pan zijn niet met elkaar in evenwicht. Door geleiding van warmte zal het ei opwarmen en het duurt ongeveer 6 minuten voor het ei helemaal is opgewarmd tot 100 graden. Of eventueel een iets lagere temperatuur als we het gas uit zetten; dan zal ook het water iets van temperatuur veranderen (dalen). Dat er ook nog warmte naar de omgeving gaat, die immers een temperatuur van pakweg 20 graden heeft, compliceert de zaak, maar het gaat om het principe: streven naar evenwicht. Hier wordt dat bereikt door geleiding.

Een voorbeeld met convectie: als in de herfst het oppervlaktewater van bovenaf afkoelt, gaat kouder water dalen en komt warmer water van onderaf naar boven; hierdoor wordt warmte uitgewisseld tussen de bodem van de sloot, vaart of plas men de oppervlakte; via geleiding wordt warmte afgegeven aan de lucht. In de lucht treedt ook weer verplaatsing door wind of convectie op, waardoor het proces veel sneller gaat dan alleen onder invloed van geleiding. Ook hier is er streven naar uitwisseling van warmte die de verschillen in temperatuur doet afnemen en mogelijk tot 0 zal reduceren. Daarbij de opmerking dat een evenwichtstoestand zelden of nooit bereikt wordt.

In de meteorologie speelt straling een belangrijke rol. Een lichaam ontvangt straling en zendt straling uit. In de fysica is het een al eeuwen bekend fenomeen dat alle lichamen straling uitzenden. Bij lage temperatuur weinig en langgolvig; bij hoge temperatuur veel en tevens meer kortgolvige warmtestraling en eventueel licht. De verklaring wordt gevonden in het gedrag van atomen en moleculen; het voert te ver om daar op in te gaan en bovendien zou ik daarvoor zelf nog eens diep in de boeken moeten duiken.
Een voorbeeld: Bij heldere hemel straalt de bodem warmte uit naar de atmosfeer erboven; tevens ontvangt de bodem straling van de atmosfeer. Doorgaans is er geen evenwicht tussen inkomende en uitgaande straling en koelt de bodem af. Een evenwicht wordt zelden bereikt; voor het bereiken van een evenwichtstoestand komt de zon al weer op. Bij weinig wind en een besneeuwde grond komen we dicht bij de evenwichtstoestand. De lucht boven de bodem geeft warmte er aan af (koelt dus af), wat het proces weer gecompliceerder maakt. Ook stroming van de lucht boven de bodem compliceert het proces. Ook sublimatie van waterdamp remt het proces af en voorkomt daarmee dat het evenwicht wordt bereikt.

Een combinatie-voorbeeld: De oppervlakte van de zon heeft een temperatuur van plm 6000 graden. De uitgezonden straling bestaat uit infrarood (warmte), licht en ultraviolet. De laatste is de meest kortgolvige en ook meest agressieve. Grosso modo is er een evenwicht tussen aanvoer van energie uit het binnenste van de zon en afvoer van energie door straling. Inkomende straling speelt geen rol van betekenis.

Ook gassen, en dus ook de atmosfeer, stralen warmte uit, zoals ik al aanduidde bij het verhaal over de nachtelijke afkoeling In iedere laag van de atmosfeer wordt straling uitgezonden en opgevangen. Het is dan een kwestie van (een ingewikkelde) boekhouding van de straling waarmee berekend kan worden of er opwarming of afkoeling optreedt. Dat we in de praktijk ook weer met horizontale en verticale verplaatsing (convectie) te maken hebben laat ik nu even buiten beschouwing.

Wordt ergens vanuit een evenwichtstoestand extra warmte aan een laag van de atmosfeer toegevoegd, dan heeft de natuur de neiging om dit verstoorde evenwicht weg te werken. Door uitstraling zal de temperatuur van die luchtlaag dalen en de uitgestraalde warmte komt elders in de atmosfeer terecht en wordt uiteindelijk uitgestraald naar de ruimte.
Jouw citaat:
Dit zorgt voor extra warmte-uitstraling naar de lucht, en uiteindelijk in warmteverlies voor de oceaan. De lucht kan deze warmte niet lang vasthouden en straalt het naar de ruimte uit.
Dit citaat beschrijft in iets andere bewoordingen hetzelfde. De natuur blijkt allerlei mechanismen te hebben die er voor zorgen dat een verstoring van een toestand een reactie oproept welke de verstoring ongedaan zal maken, of althans daarheen op weg zal gaan. Uitstraling van energie is zo’n fenomeen: wordt een lichaam opgewarmd en de omgeving niet, dan gaat het lichaam warmte uitstralen naar de omgeving.

Groet,
Cees

Wereldtemperatuur juni 2013   ( 757)
Henk L. (Groningen) -- 29-07-2013 15:50
Re : Over hoeveel jaar kijken we?   ( 441)
Bart (Abcoude) -- 31-07-2013 10:11
Re : Over hoeveel jaar kijken we?   ( 387)
Henk L. (Groningen) -- 31-07-2013 23:53
Re : Over hoeveel jaar kijken we?   ( 252)
Ernest (Maassluis) -- 05-08-2013 15:39
Re : Over hoeveel jaar kijken we?   ( 253)
Peter (Wiltz -Luxemburg) ( 381m) -- 05-08-2013 17:55
Re : Over hoeveel jaar kijken we?   ( 240)
Cees-Rotterdam -- 05-08-2013 20:35
Re : Over hoeveel jaar kijken we?   ( 230)
Herman (Overloon) -- 05-08-2013 22:42
Re : Over hoeveel jaar kijken we?   ( 216)
Cees-Rotterdam -- 07-08-2013 17:23
Re : Over hoeveel jaar kijken we?   ( 229)
Ernest (Maassluis) -- 09-08-2013 15:37
Re : Over hoeveel jaar kijken we?   ( 176)
Cees-Rotterdam -- 09-08-2013 16:40
Re : Over hoeveel jaar kijken we?   ( 169)
Herman (Overloon) -- 09-08-2013 17:38
Re : Over hoeveel jaar kijken we?   ( 169)
Cees-Rotterdam -- 09-08-2013 21:04
Re : Over hoeveel jaar kijken we? (Edit)   ( 214)
Herman (Overloon) -- 10-08-2013 12:50
Re : Over hoeveel jaar kijken we? (Edit)   ( 165)
Paul (Jaarsveld, Utrecht) ( 1m) -- 10-08-2013 23:19
Over energie-uitwisseling   ( 290)
Cees-Rotterdam -- 12-08-2013 17:14
Re : Over energie-uitwisseling   ( 140)
Paul (Jaarsveld, Utrecht) ( 1m) -- 12-08-2013 19:42
Re : Over energie-uitwisseling   ( 146)
Cees-Rotterdam -- 12-08-2013 20:51
Re : Over energie-uitwisseling   ( 147)
Paul (Jaarsveld, Utrecht) ( 1m) -- 12-08-2013 21:51
Re : Over energie-uitwisseling   ( 137)
Paul (Odijk) -- 12-08-2013 22:32
Re : Over energie-uitwisseling   ( 119)
Paul (Jaarsveld, Utrecht) ( 1m) -- 12-08-2013 22:50
Re : Over energie-uitwisseling   ( 132)
Dieter Lombaert (Asse) ( 220m) -- 12-08-2013 22:57
Re : Over energie-uitwisseling [edit]   ( 133)
Cees-Rotterdam -- 13-08-2013 08:24
Re : Over energie-uitwisseling [edit]   ( 132)
Paul (Odijk) -- 13-08-2013 21:10
Re : Over energie-uitwisseling [edit]   ( 179)
Ben (Lelystad) ( 13m) -- 14-08-2013 08:58
Re : Over energie-uitwisseling [edit]   ( 656)
Paul (Odijk) -- 14-08-2013 11:22
Re : Over energie-uitwisseling [edit]   ( 195)
Ben (Lelystad) ( 13m) -- 14-08-2013 11:50
  Helemaal OK. Bedankt 🙂  
Paul (Odijk) -- 14-08-2013 13:05
Re : Over energie-uitwisseling [edit]   ( 106)
Paul (Jaarsveld, Utrecht) ( 1m) -- 14-08-2013 14:01
Re : Over energie-uitwisseling [edit]   ( 146)
Ben (Lelystad) ( 13m) -- 14-08-2013 14:38
Re : Over energie-uitwisseling [edit]   ( 120)
Paul (Jaarsveld, Utrecht) ( 1m) -- 14-08-2013 16:50
Re : Over energie-uitwisseling [edit]   ( 113)
Ben (Lelystad) ( 13m) -- 14-08-2013 19:45
Re : Over energie-uitwisseling [edit]   ( 146)
Cees-Rotterdam -- 15-08-2013 16:11
Re : Over hoeveel jaar kijken we?   ( 151)
Peter (Wiltz -Luxemburg) ( 381m) -- 09-08-2013 17:41
Re : Over hoeveel jaar kijken we?   ( 156)
Ernest (Maassluis) -- 09-08-2013 18:37
Re : Over hoeveel jaar kijken we?   ( 178)
Paul (Jaarsveld, Utrecht) ( 1m) -- 08-08-2013 17:55
  Over de "afvlakking" van de opwarming  
Ruben (Ås, nabij Oslo, Noorwegen) ( 53m) -- 02-08-2013 09:31