Если черный — лучший поглотитель и радиатор, почему он нагревается?

Я могу предположить, что это пики излучения при более высокой температуре, чем у белого. Таким образом, когда свет направляется на черно-белый лист бумаги, начальное состояние не находится в равновесии. Когда черный цвет поглощает световую энергию, его температура повышается, а затем он переизлучает фотоны с более низкой частотой. Есть ли где-нибудь количественное описание этого процесса, которое подскажет мне, какой будет равновесная температура?

Я разумно ожидаю, что это не должно зависеть от теплоемкости материала (черный — черный, независимо от того, что делает его черным), но моя интуиция говорит, что нет — термоплитка космического челнока, окрашенная в черный цвет, должна ощущаться холоднее, чем железо, окрашенное в черный цвет, если оба объекта находятся на одном уровне. теплового равновесия при одном и том же источнике света.

я читал эти посты

Если черное тело является идеальным поглотителем, то почему оно что-то излучает?

Почему черный цвет является лучшим излучателем?

И хотя они ясны, я не могу поддразнить ответ на свой вопрос.

Ответы (2)

Есть ли где-нибудь количественное описание этого процесса, которое подскажет мне, какой будет равновесная температура?

Закон Стефана -Больцмана говорит, сколько излучения излучает идеально черное тело:

(1) Дж излучаемый "=" о Т 4
где

  • Дж излучаемый - общая излучаемая мощность на площадь,
  • о "=" 5,67 ⋅ 10 − 8 Вт м 2 К 4 - постоянная Стефана-Больцмана,
  • и Т это абсолютная температура.

Когда черное тело находится в равновесии с падающим светом, мощность поглощенного света равна мощности испускаемого излучения.

(2) Дж поглощен "=" Дж излучаемый

Из (1) и (2) получаем

Т "=" ( Дж поглощен о ) 1 / 4

Итак, как вы и ожидали: равновесная температура не зависит от теплоемкости материала.

Пример:
Предположим, что интенсивность света 1000  Вт/м 2 (характерно для безоблачного солнечного дня). Тогда черное тело нагреется до температуры Т "=" 364 К, что 91 °С.

Спасибо за расчет равновесной темп. идеально черного тела. Поскольку мой вопрос конкретно касался количественного решения, вы ответили на него. Однако я надеялся на уравнение, которое дало бы мне представление о том, насколько горячее будет черный объект, чем белый. В моем первоначальном предложении предполагалось, что черные объекты нагреваются сильнее, чем белые. В равновесии расчет предсказывает ту же температуру для объекта белого цвета, что и для черного объекта (цвет не включен в приведенный выше расчет), но опыт показывает мне, что черные объекты нагреваются на солнце сильнее, чем белые объекты.
Например, в этом вопросе physics.stackexchange.com/questions/122911/… есть качественное обсуждение того, что белый цвет плохо поглощает свет по сравнению с черным. Но это также плохой излучатель. Если излучение = поглощение в равновесии, то я бы объяснил, что температура белых объектов должна быть такой же, как у черных объектов в равновесии. Опыт говорит мне об обратном.
Комментарий Дэвида Хаммена в этой ветке: «Итак, нам нужно что-то еще, чтобы объяснить, почему черные объекты нагреваются сильнее, чем белые. Ответ заключается в том, что поглощательная и излучательная способности реальных объектов зависят от частоты и температуры. ' намекает на ответ, но я не могу найти количественного решения того, на сколько градусов потеплеет лист бумаги, если я покрашу его в черный цвет.
Я не хочу, чтобы вы расстраивались из-за того, что я «меняю вопрос», я отметил ваш ответ как ответ. Если вы считаете, что я был расплывчатым или вопрос был сформулирован плохо, я задам его по-другому.

Для поверхностей, окруженных воздухом и подвергающихся воздействию солнечного света или другого электромагнитного излучения, основная причина того, что черные становятся более горячими, заключается в том, что они поглощают излучение , но теряют тепло в основном за счет конвекции , этот процесс гораздо меньше зависит от цвета поверхности. Таким образом, тело с матово-черной поверхностью должно нагреваться сильнее, чем тело с блестящей поверхностью, чтобы терять тепло с большей скоростью, чем оно поглощает, чтобы достичь равновесия.

спасибо за ваш ответ, но, пожалуйста, обратитесь к моему комментарию выше о разнице между цветами, а не о текстуре поверхности.
Если черный — лучший поглотитель и радиатор, почему он нагревается?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v