29 okt. 2010

"So very simple, That only a child can do it!"

Nioåriga Linda testar hypotesen att mer koldioxid leder till uppvärmning i sitt "Science project".

Från Skepchick

Rubriken ur Tom Lehrers "New math"

21 kommentarer:

  1. Härlig video som visar hur enkelt det är att förstå vad utsläpp av CO2 leder till. Även om vi har haft både varmare och kallare på jorden så är det vanskligt att själv leka med klimatet: http://kentlundgren.blogspot.com/2010/09/en-okad-vaxthuseffekt-maste-begransas.html

    SvaraRadera
  2. Detta experiment torde hellre visa på skillnaden mellan de två gasblandningarnas olika värmekapacitet.
    CO2 0,884 kJ/kg, K och luft 1,01 kJ/kg, K
    De två ballongerna antas ta emot samma värmemängd i solskenet.
    Detta är givetvis bekant för UI
    Någon relevans för klimatfrågan har jag svårt att se.

    SvaraRadera
  3. Bengt Abelsson, för det här experimentet är det inte den specifika utan den molara värmekapaciteten som är relevant. Allmäna gaslagen berättar nämligen att en viss substansmängd vid samma temperatur och tryck har samma volym oavsett vilken gas det handlar om.

    Koldioxid har högre molar värmekapacitet än luft. Så, Bengt Abelsson, vad visar Lindas experiment?

    SvaraRadera
  4. Bengt, värmekapaciteten har betydelse för hur snabbt en gas värms upp eller kyls ned, men om man väntar tills man nått jämvikt så förlorar den sin betydelse. Då handlar det om att energi in = energi ut.

    Det är däremot ändå inte något bra exempel eftersom CO2:s förmåga att absorbera mer IR kompenseras av dess i precis lika hög grad bättre förmåga att emittera IR. Jag vet inte vad hon mäter, det kanske är någon högre ordnings effekt, men resultatet är långt ifrån självklart och visar knappast på hur växthuseffekten fungerar.

    SvaraRadera
  5. Intressant. CO2-ballongen innehåller ca 1,5 ggr vikten av luftballongen. Med samma mottagna värmemängd borde då, i motsats till vad jag menade tidigare, CO2-ballongen uppvärmas till en lägre temperatur, trots den något lägre specifika värmen.
    Heder åt Linda

    SvaraRadera
  6. Feel the froce(ing)!

    Experimentet är inte en perfekt modell för hur en planet med gasatmosfär fungerar. Men i mitt tycke tillräckligt bra, snudd på genialt i sin enkelhet (underskatta inte relevansen).

    Ytan mot omgivningen för de två systemen är samma i experimentet. Om förmågan att emmitera värme var samma så skulle det inte bli någon temperaturskillnad. Med det blir det. Varför?

    Om experimentet också mätte temperaturen på ytan så skulle det bli ännu bättre. Min gissning är att den varmare ballongen har en kallare yta analogt med att jordens stratosfär kylts då temperaturen i troposfären ökat.

    SvaraRadera
  7. Visst är det kul ur klurigt även enkla experiment blir.
    Jag gör ett försök:
    Då luften är nära genomskinlig för både IR och synligt ljus antar den nära omgivande den luftens temperatur pga av i huvudsak värmeledning.
    Koldioxiden absorberar omgivningens IR-strålning och värms jämfört med luftballongen tills en jämnvikt emellan utstrålad och instrålad värme uppstår. Thomas, det är ju så att den värmestrålning som absorberas om den återmemiteras gör det i slumpmässig riktning vilket innebär att mycket av den absorberas av andra molekyler i ballongen och i en del av absorptionerna övergår delar av strålningsenergin till mekanisk energi, vilket leder till temperaturökning. Ballongen kan vara stråla ut och in genom den sfäriska ytan men värmas i hela volymen.
    Det senare är just en viktig del av växthuseffekten.

    SvaraRadera
  8. Anders, för att spinna vidare. Vid markytan sker en betydande värmetransport via konvektion och latent värme eftersom atmosfären är så ogenomskinlig för IR. Eftersom ballongen hindrar konvektion bör även den fylld med luft bli aningen varmare, det är så växthus fungerar. Den borde nog ligga mot marken för att det skulle bli någon större effekt.

    Blir inte konsekvensen av ditt resonemang att ballongen genom din inre absorption borde värmas upp även i en situation där omgivningen är i termisk jämvikt, vilket strider mot termodynamiken? Det sätt du blandar yta och volym känns inte helt rimligt för mig. Det borde räcka med att makroskopiskt räkna med ballongens absorption, reflektion och transmission för alla frekvenser medan inre processer kan ignoreras.

    Att växthuseffekten fungerar beror på skillnaden i våglängd mellan solljus och jordens återstrålning och att atmosfären har så olika absorption för dessa. Här är temperaturskillnaderna väldigt mycket mindre. Markytan och ballongen har nästan samma temperatur och strålar därför i samma våglängder.

    SvaraRadera
  9. Thomas,
    Tyvärr vet vi inte uteluftens temperatur men det vore överraskande om inte även luftballongen är varmare än omgivande luft av de skäl du nämner.

    Nej den kan inte bli inte varmare än den varmaste delen av omgivningen av precis termodynamikens lagar. I praktiken kommer den inte nära denna temperatur då det blir en balans mellan absorberad effekt och emitterad effekt till och från hela omgivningen. Jag ville bara förtydliga effekten av absorption, emission och olika energiformer då den är väsentlig för hur växthuseffekten i atmosfären fungerar. Kanske blev det inte så tydligt.

    Luftballongen är i stort sett genomskinlig för IR-strålning medan koldioxidballongen absorberar den och värms. Jfr att sitta framför en brasa och värmas av elden en kall dag.

    SvaraRadera
  10. Anders, i ditt exempel med elden har du återigen en värmekälla som är mycket varmare än omgivningen, dvs en situation långt ifrån jämvikt. Jag ser inte att vi har det här så länge båda ballongerna är genomskinliga för solljus. Det är som att en genomskinlig gubbe sitter framför elden. Inte blir han så varm av det.

    SvaraRadera
  11. Thomas, tänk att du skulle skärma av värmestrålningen från markytan. Då skulle, enligt termodynamikens andra huvudsats, koldixoxidballongen anta samma temperatur som omgivningen. Nu tar du bort skärmningen och värmestrålning från marken absorberas av koldioxiden. Temperaturen höjs i ballongen så mycket som behövs för att stråla ut lika mycket som absorberas.

    Naturligvis är bevisvärdet av experimentet begränsat, det säger exempelvis inget om klimatkänsligheten osv. För att undersöka det behövs antingen fullskaleexperimet eller modeller. Fullskaleexperimentet håller vi förvisso på med men när svaret kommer är det liksom redan försent. Återstår modeller. Men förnekarna misstror ju dessa och vill ha, just det, experiment. När experimenten kommer tror dom ironiskt nog inte heller på resultaten.

    SvaraRadera
  12. Erik S, hur stor temperaturskillnad tror du att det är mellan marken och luften en meter upp? 0,7 grader/100 meter bör ge en skillnad på 0,007 grader, även om effekter nära marken gör den genomsnittliga siffran rätt meningslös. Att skärma av marken med en platta som är 0,007 grader kallare torde inte ge någon mätbar effekt.

    SvaraRadera
  13. Thomas, skillnaden är att den ena "genomskinliga" gubben är ogenomskinlig för IR. Testa att lägg en klar isbit framför elden...

    Tror du fastnat lite i teknikaliteter i ErikS tankeexperiment.

    Här är för övrigt bakgrunds info till det tidigare experimentet på temat vi lagt ut på UI.

    SvaraRadera
  14. Thomas jag tror inte att lapse raten är det som avgör. Rimligtvis har du en temperaturdiskontinuitet i gränsskiktet. Som tydligt kan ses i filmsnutten är det en solig dag då ytor utsätts för starkt solljus.

    SvaraRadera
  15. Anders, då är du återigen inne på att du har en värmekälla med helt annan temperatur än omgivningen som därför sänder ut andra våglängdsområden. Detta gäller inte för det experiment vi diskuterar!

    SvaraRadera
  16. Thomas, Jag förstår nog inte riktigt vad du finner problematiskt.
    Du kan testa detta (förutsatt att det är kallt ute) om du har ett fönster med radiator under i närheten. Vifta med gardinen eller liknande för att se till att du blandar luften kring fönstret och radiatorn med resten av rumsluften. Sätt sedan dit handen med handflatan någon decimeter i från radiatorn respektive fönstret. Vad känner du och varför? Här är inga stora skillnader i temperatur och våglängder inblandade.

    SvaraRadera
  17. Anders, vad har det med det aktuella experimentet att göra?

    SvaraRadera
  18. Thomas, Kan du förklara vad du finner problematiskt med experimentet/mitt och Eriks resonemang så vi kan fortsätta resonemanget?

    Angående frågan. Du tyckte det var viktigt att mina tidigare exempel handlade om eldar som är mycket varmare än omgivningen. Därför tog jag upp ett exempel på strålningsverkan mellan ungefär lika varma föremål.

    SvaraRadera
  19. Pehr Björnbom5 november 2010 20:19

    Här är mitt försök till förklaring av Lindas experiment. Kan det vara något?

    Jag uppfattade Lindas experiment så att man undersöker vilken ballonggas som värms upp snabbast, luft eller koldioxid:

    Om ballongerna har samma volym så innehåller de lika många moler gas. Men koldioxiden har större molär värmekapacitet än luft, därför behöver koldioxiden mer värme för att värmas upp ett visst antal grader.

    Koldioxiden har dessutom lägre värmeledningsförmåga än luft.

    Detta betyder att om inget annat än värmekapaciteten och värmeledningsförmågan påverkar så borde ballongkoldioxiden värmas upp långsammare än ballongluften genom värmeöverföring från den varmare omgivande luften (det verkar vara en verkligt varm sommardag, men de har förstås luftkonditionering i huset så att utgångsgaserna i ballongerna är kallare än utomhusluften).

    Vid experimentets början var koldioxiden 37,6 °C och luften 37,4 °C, så temperaturskillnaden mellan de två ballonggaserna och omgivande luft var nästan densamma vid experimentets början.

    Vid experimentets slut var koldioxiden 41,9 °C och luften 39,9 °C så koldioxidens temperatur ökade 4,3 °C på samma tid som luftens temperatur ökade 2,5 °C. Koldioxiden har alltså värmts upp snabbare än luften i stället för långsammare.

    En felkälla skulle kunna vara att båda temperatursensorerna verkar vara solbelysta under experimentet och vi vet ju att en solbelyst termometer visar för hög temperatur. Men om temperatursensorerna har en liten diameter jämfört med en vanlig termometer blir felet inte så stort.

    I så fall har alltså någon ytterligare värmetillförsel påverkat uppvärmningen av koldioxiden så att denna värms upp snabbare än luften. Den rimligaste förklaringen är att koldioxiden har absorberat IR-fotoner, dvs. värmestrålning, och därmed värmts upp. Denna värmestrålning har exempelvis kommit från den soluppvärmda marken.

    SvaraRadera
  20. Pehr, för en gång skull tycks vi vara överens :)

    SvaraRadera
  21. Pehr Björnbom6 november 2010 22:56

    Anders,

    ”Pehr, för en gång skull tycks vi vara överens :)”

    Anders, ja trots våra så olika synsätt på centrala delar av klimatfrågan så finns det ändå viktiga grunder som vi har samma uppfattning om. Detta gläder mig :)

    SvaraRadera

Tips: Använd gärna signatur när du kommenterar. Det underlättar samtalet