Как это возможно, что в машине может быть жарче, чем на улице?

Закон термодинамики гласит, что два тела в конечном итоге будут иметь одинаковую температуру. Как возможно, что когда вы оставляете машину на солнце, в ней становится жарче, чем на улице? Почему в машине не такая температура, как снаружи, как положено по Закону?

Этот закон справедлив при отсутствии источников тепла. Для автомобиля, оставленного на солнце, это не так.
Что ты имеешь в виду? Вы имеете в виду, что асфальт нагревается через шины? Что, если я оставлю машину на траве - все равно будет жарче, чем на улице.
В конце концов , она будет иметь ту же температуру, что и снаружи.
Законы термодинамики обеспечивают максимально возможную температуру, которой может достичь автомобиль, но она связана с температурой солнечной короны, а не с температурой воздуха.
Или, говоря простым языком, ваша машина работает как теплица. Детали внутри нагреваются солнцем, но теплообмен замедляется оболочкой автомобиля (кузов, окна и т.д.). Многослойные ветровые стекла, которые отражают часть солнечного теплового излучения, а не пропускают его, являются одним из очевидных объяснений этого.
Вопрос перефразирован: Почему внутри моего горшка на плите с огнем горячее, чем снаружи? Теперь вопрос кажется очень глупым.

Ответы (4)

Закон термодинамики гласит, что два тела в конечном итоге будут иметь одинаковую температуру.

Это не абсолютный Закон. Есть условия, и одно из этих условий связано с подводом энергии к телам. Если бы этот Закон был абсолютным, то Солнце имело бы ту же температуру, что и Вселенная, около 2,7 К, потому что Вселенная намного больше Солнца. Но у Солнца есть внутренний преобразователь/источник энергии, который повышает его локальную температуру.

Салон закрытого автомобиля на солнце будет выше из-за парникового эффекта. Стекло автомобиля прозрачно для видимого света, поэтому внутренняя часть автомобиля (сиденья, приборная панель и пол) поглощает энергию, повышая их температуру. Затем эти предметы излучают инфракрасное излучение, и стекло становится довольно непрозрачным для этого излучения, и энергия остается в автомобиле. Таким образом, в стакан попадает больше энергии, чем выходит из него.

Поскольку в багажнике нет стеклянного отверстия для пропускания излучения, в нем обычно будет немного прохладнее, чем в салоне. Любое излучение, попадающее на крышку багажника, довольно эффективно отражается и излучается обратно. Это не значит, что он не нагревается, но он не доходит до того же уровня, что и пассажирский салон.

@bodacydo - другими словами, в конечном итоге мощность на входе будет равна мощности на выходе. В этом случае мощность (видимый свет) поступает (поглощается) очень эффективно. Но выходная мощность (инфракрасное излучение с центром около 10 мкм) излучается неэффективно. Таким образом, внутренняя часть должна сильно нагреться, прежде чем излучаемая мощность сравняется с поглощенной мощностью.
@ Билл Н. У меня уже давно есть вопрос, и этот вопрос снова поднимает его. Если я поставлю солнцезащитный козырек на лобовое стекло внутри автомобиля, тот факт, что поверхность лобового стекла металлическая или черная, будет иметь огромное значение, не так ли? если он черный, будет излучаться больше инфракрасного излучения, поэтому такие оттенки будут бесполезны, металлические будут излучать мало инфракрасного излучения, что сделает автомобиль более прохладным, чем без них. Верно ли это предположение, или свет, попадающий в машину, имеет столько же инфракрасного излучения, сколько и свет, излучаемый сиденьями, приборной панелью и т. д.?
@YoMismo Светлые (серебристые или белые) блестящие оттенки ветрового стекла будут отражать видимый свет обратно через стекло, а не поглощать его. Проблема заключается не столько в количестве или скорости проникающего ИК-излучения, сколько в общей мощности, поглощаемой внутренней частью, повышающей ее температуру, что приводит к большему количеству захваченной энергии. Если вы можете отражать энергию, это поможет сохранить прохладу внутри.
@YoMismo, светлый цвет твоего солнцезащитного козырька побеждает парниковый эффект. Большая часть мощности солнечного излучения приходится на короткие волны, которые проходят через стекло. Большая часть мощности излучения черного тела от горячей приборной панели или горячей обивки приходится на более длинные волны, которые блокируются стеклом. Светлый оттенок отражает большую часть коротковолнового излучения обратно через стекло, прежде чем оно может быть поглощено внутри автомобиля.
Конвекция оказывает большее влияние, чем излучение, что можно продемонстрировать, опустив окна или даже просто слегка приоткрыв их.
Как отмечает @Michael, эффект, который управляет обогревом автомобиля, такой же, как и у настоящих теплиц. Улавливание воздуха и предотвращение конвекции. Это отличается от парникового эффекта, т.е. Нагрев автомобиля заключается не главным образом в том, что свет на одних длинах волн передается лучше, чем на других.
Если бы инфракрасные волны передавались обратно через стекло так же эффективно, как и видимые, тогда внутри не было бы так жарко. Разница в длине волны является основной причиной. Я согласен, если включить вентиляцию, то можно поддерживать в машине температуру воздуха, так что и то, и другое, а не то или иное. Но эффект передачи длины волны чрезвычайно важен в этом явлении.
Значит, ты говоришь, что я должен подождать в багажнике…
@NeilG Нет, ты должен начать ездить на мотоцикле.
@BillN Я очень опаздываю на вечеринку. Но я просто хотел бы подтвердить приведенные выше комментарии: предотвращение конвекции действительно является основной причиной нагрева салона автомобиля. Разница в длине волны не специфична для автомобилей. Открытые поверхности будут поглощать видимый свет, а также излучать инфракрасный свет, причина, по которой они не нагреваются так сильно, как салон автомобиля, заключается в наличии конвекции.
@Milan Почему воздух нагревается? НЕ потому, что он поглощает видимый свет или даже инфракрасный свет, а потому, что контактирует с более теплыми поверхностями. Поверхности остаются теплыми и продолжают нагреваться из-за того, что ИК-излучение не излучается через стекло. Удалите воздух, а внутри все равно прогреется и останется теплым. Воздух нагревается просто потому, что он приходит в равновесие с твердыми поверхностями, поглощающими преимущественно видимое излучение.
@BillN Нет. Поверхности остаются горячими, потому что они соприкасаются с более теплыми поверхностями и потому что тепло не переносится конвекцией. Meteorology Today, 12-е издание, стр. 45: «Исследования показали, что теплый воздух внутри теплицы больше вызван неспособностью воздуха циркулировать и смешиваться с более холодным наружным воздухом, чем захватом инфракрасной энергии».

Уважая другие хорошие и грубые ответы, я чувствую, что могу дать вам простое объяснение вашего точного вопроса.

Как вы упоминаете в своем вопросе, two bodies eventually will have equal temperaturesпри тепловом контакте. «В конце концов» — это ключ. Если температура одного тела повысится, тела в конечном итоге найдут новую равновесную температуру.

Но этот закон не препятствует повышению температуры одного тела внешним источником. Это только говорит о том, что происходит с тех пор. Пока энергия постоянно добавляется, это температурное равенство, которое вы ищете, никогда не будет достигнуто.

  • 1-й закон термодинамики — закон сохранения энергии, объясняющий повышение температуры.

Δ U знак равно Вопрос − Вт

Солнце добавляет тепла Вопрос к машине через излучение. Работа не сделана Вт знак равно 0 . Таким образом, внутренняя энергия U должна повышаться (соответственно повышению температуры).

Конечная устойчивая температура, которую достигает автомобиль в солнечный день, будет зависеть как от теплообмена с наружным воздухом, так и от приходящего (а также отходящего) излучения. Все это уравновешивается в какой-то момент, когда температура поднимается до тех пор, пока тепло , покидающее автомобиль каждую секунду, не будет равняться теплу , поступающему в автомобиль каждую секунду. Температура не будет постоянной, пока не будет достигнуто это равновесное состояние.

Нулевой закон говорит совсем другое. Он гласит, что если А и В находятся в тепловом равновесии и В и С находятся в тепловом равновесии, то А и С находятся в тепловом равновесии. Поскольку предполагается, что эти вещи находятся в тепловом равновесии, это не означает, что они в конечном итоге приходят в тепловое равновесие.
Даже после вашего редактирования вы делаете это законом в следующем абзаце. Это не закон, это результат анализа, который имеет место только при выполнении большого количества условий, легко привести объекты в соприкосновение с разной температурой даже в течение длительного периода, и вы даже можете получить поток энергии от горячего чтобы охладить и сделать холод еще более холодным, поскольку отрицательная теплоемкость чрезвычайно распространена в гравитационно связанных системах, внешние слои нашего Солнца будут иметь отрицательную теплоемкость, когда оно достигнет стадии красного гиганта. Встречаться с чьими-то неправильными представлениями необходимо, но попустительствовать им как закону — нет.

Воздух имеет очень низкую теплопроводность и емкость, в большинстве случаев снаружи основной вклад в теплообмен (и, следовательно, восприятие температуры) вносит излучение (закон Стефана, каждый объект излучает свет по всему спектру, причем более холодные тела дают большую часть света). это в инфракрасном диапазоне, чем горячее, тем виднее красный (угли, горячее железо), затем желтый, белый, голубовато-белый, когда становится горячее). В этом случае автомобиль получает большой поток энергии от солнца (поглощая большую его часть), поэтому очень быстро нагревается. Это как сидеть у костра — воздух между тобой и огнём холодный, но огонь всё равно может тебя обжечь.

С точки зрения термодинамики, автомобиль подвергается воздействию внешнего воздуха (слабая связь, медленная передача), горячей земли, неба (при радиационной температуре обычно ниже температуры окружающего воздуха, возможно ниже нуля, если не пасмурно) и солнца при ~ Температура 6000К (сильный наплыв, но только с очень определенного направления). Итак, имеем (солнечное тепловое излучение) + (очень малое излучение неба) - (радиационные потери автомобиля) - (проводимость, конвекция по воздуху). В солнечный день температура становится достаточно высокой, прежде чем потери преодолеют прилив.

Радиационный обмен важнее, чем думает большинство людей. Знаете, как зимой в помещении при 25 градусах может понадобиться свитер, а летом достаточно футболки при 18 градусах? Это потому, что горячий воздух не помогает, если стены холодные и не дают столько теплового излучения. Точно так же солнечный день зимой очень холоден, потому что вместо относительно теплых облаков у вас «прозрачное» небо, которое почти не дает теплового излучения. На самом деле это единственный способ охлаждения Земли (и он существенный, просто посмотрите, как быстро температура падает после захода солнца). Холодной зимней ночью поверхность может охладиться ниже температуры воздуха только из-за радиационных потерь, и вы можете фактически заморозить воду на отражающем зеркале под открытым небом, даже если температура окружающей среды >0.

Итак, в заключение... для каждого объекта, для которого вы рассчитываете температурный баланс, вы должны учитывать все объекты, с которыми он находится в тепловом контакте. Это не просто физический контакт, каждый объект, находящийся в поле зрения, обменивается теплом посредством излучения (а в воздухе это важнее, чем прямой контакт с воздухом). Даже в вакууме, где прямой обмен невозможен, каждый объект в конечном итоге достигает средней температуры окружающих его объектов (при этом больший вклад вносят объекты, занимающие большую угловую площадь).

Вот как можно рассчитать температуру солнца, просто измерив его размер на небе.

Посмотрим... Солнце имеет угловой диаметр на небе примерно полградуса. Это означает, что из полного 4 π сферическую площадь всего неба вокруг земли, она занимает π ( 0,5 π / 180 ) 2 (земля теряет тепло вокруг в 4 π , но получая только от солнца). Закон Стефана гласит, что тепловой поток идет как Т 4 , поэтому температура земли будет средней Т 4 неба, так

Т Е 4 знак равно Т С 4 π ( 0,25 π / 180 ) 2 4 π знак равно 4,76 × 10 − 6 Т С 4
Если средняя температура Земли 290 К (плюс-минус), то поверхность солнца Т С ≈ Т Е / ( 4,76 × 10 − 6 ) 1 / 4 ≈ 6200 К . Весьма впечатляюще, учитывая, что нам не понадобились никакие числовые данные или естественные константы, кроме углового диаметра солнца, который мы можем измерить большим пальцем вытянутой руки.

Возможно, я немного отклонился от темы, но, надеюсь, стало понятнее.

«в большинстве случаев снаружи основным фактором теплообмена (и, следовательно, восприятия температуры) является излучение» Цитата? Насколько я понимаю, конвекция гораздо важнее, пока вы находитесь внутри атмосферы.
На самом деле это единственный способ охлаждения Земли (и он существенный, просто посмотрите, как быстро температура падает после захода солнца). Ярким примером являются пустыни: днем ​​может быть очень жарко, а ночью температура опускается до нуля (°C).
@Taemyr Конвекция работает только в том случае, если атмосфера находится вне термодинамического равновесия (адиабатическая атмосфера, падение ~ 1 градус на 100 м высоты). Если земля действительно горячая, вы получаете восходящие столбы воздуха (которые используют орлы), которые рассеивают тепло в более высокие слои атмосферы (возможно, вызывая грозы). Но это не меняет того факта, что ты теряешь 300 − 400 Вт / м 2 только радиацией!
@orion Поскольку внутри автомобиля теплее, чем снаружи, у вас нет термодинамического равновесия.
Я говорил о внешних условиях. Для автомобиля я имел в виду поступающее излучение, являющееся основным фактором нагрева. Однако охлаждение автомобиля также в основном связано с излучением. Вы получаете 1400 Вт / м 2 от солнца при перпендикулярном падении (вероятно, половина на умеренных долготах) и автомобиль на 70 ∘ С теряет 785 Вт / м 2 собственным излучением! Конечно, он также получает излучение от окружающей среды — от нагретой земли, немного от неба, но цифры показывают, что излучение вносит наибольший вклад как в охлаждение, так и в нагрев.
Глядя на цифры для конвективного охлаждения, я бы сказал, что около половины или меньше охлаждения обеспечивается за счет конвекции. В ветреную погоду больше помогает конвекция. Наиболее распространенные числа для коэффициентов конвективной теплопередачи варьируются ( 5 − 20 Вт / м 2 / К ) поэтому для 70 ∘ автомобиль, это может быть где-то в диапазоне 200 − 800 Вт / м 2 .

Возможно, по тем же причинам, что и утепление теплиц? Если окна открыты, солнечный свет увеличивает внутреннюю энергию, изолируя теплый воздух внутри конструкции, чтобы тепло не терялось в результате конвекции . [Из Википедии]

Жаль, что за этот очень точный ответ так проголосовали. например, Роберт Вуд в начале прошлого века экспериментально продемонстрировал, что теплицы сохраняют тепло внутри себя не за счет улавливания ИК-излучения, а за счет предотвращения выхода теплого воздуха внутри. Замена оконного стекла на окно, прозрачное также в ИК-диапазоне, не вызывает заметных изменений. +1
@LLlAMnYP. Спасибо, но это было несколько самонадеянно, так как я не различал эффект в теплицах и парниковый эффект в исходном посте. :)
Как это возможно, что в машине может быть жарче, чем на улице?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v