Uitstraling naar het heelal

Jeroen stelde deze vraag op 02 november 2020 om 15:54.

Een leerling van me kwam met de vraag hoe het kan dat de aarde energie uitstraalt naar het heelal. Mijn eerste antwoord was dat het heelal zo koud is je daar makkelijk energie naar uitstraalt.

Zijn tegenantwoord was dat je voor het emitteren van energie massa’s (een stralende en een ontvangende massa) nodig hebt. Maar er is volgens mij in het heelal maar relatief weinig massa aanwezig die een lagere temperatuur heeft (de maan, planeten, ruimtestof, etc.), zodat dat niet logisch lijkt.

Het zou verklaard kunnen worden als er voor black-body-radiation geen ontvangende massa nodig is. Klinkt mij onlogisch, maar ik zie ook eigenlijk nergens staan dat het wel nodig is. Hoe zit het?

Reacties

Jan van de Velde op 02 november 2020 om 16:17
Dag Jeroen,

Élk voorwerp met een temperatuur hoger dan 0 K zal stralingsenergie uitzenden. Een ontvanger is daarvoor niet nodig (hoezo zou dat wel zo zijn?) 

Of een voorwerp NETTO straling uitzendt (en dus afkoelt) of ontvangt (en dus opwarmt) hangt natuurlijk wel af van wat er zich in de nabije en verre omgeving bevindt. 

Jeroen van den Akker plaatste:

Er is volgens mij in het heelal maar relatief weinig massa aanwezig die een lagere temperatuur heeft (de maan, planeten, ruimtestof, etc.),

Of dat dan inderdaad relatief weinig is? Zoek dat dan maar eens uit. Het heelal is wel héééééél erg groot, een atoom per cm³  in een nagenoeg onmetelijk heelal zijn hééééél veel atomen.

Groet, Jan
Jeroen op 02 november 2020 om 17:01

Bedankt voor je reactie!

Alleen straling uitzenden kan dus. 
Is het getal van ca. 1 atoom per cm3 trouwens een realistisch gemiddelde? Goed beeldvormend.

Maar in een andere vraag heb ik me ook afgevraagd hoe het dan zit met de temperatuur van de deeltjes in het heelal. Als ik die snap kan ik ook snappen dat de netto uitstraling van de aarde richting de ruimte is.   

Jan van de Velde op 02 november 2020 om 17:15

Jeroen plaatste:

..//.. de netto uitstraling van de aarde richting de ruimte is.   

Als dat zo was zou de aarde momenteel niet opwarmen....


Maar in een andere vraag heb ik me ook afgevraagd hoe het dan zit met de temperatuur van de deeltjes in het heelal.

nog geen tijd gehad dat eens rustig uit te zoeken. 
Jan van de Velde op 02 november 2020 om 17:59

Jeroen plaatste:

Is het getal van ca. 1 atoom per cm3 trouwens een realistisch gemiddelde?   


https://hypertextbook.com/facts/2000/DaWeiCai.shtml
Theo de Klerk op 02 november 2020 om 18:33
>Alleen straling uitzenden kan dus. 
Nou nee... er is wel behoud van energie. Dus die uitgezonden straling moet wel ergens vandaan komen. Bij zon bijv. uit de kernfusieprocessen in de kern. Daarom gaat de zon uiteindelijk ook "dood" als witte dwerg waarna het beetje overgebleven energie via de waakvlam nog miljarden jaren kan worden uitgestraald. Uiteindelijk wordt de zon asymptotisch even koud als de omgeving.

Verder is dan elke uitstraling als van een black body met bijbehorende Planckse kromme voor de verdeling over de frequenties. Reden waarom er rode reuzen en rode dwergen zijn. Even heet (of relatief koud) aan het oppervlak.

Dat voor iets uitstralends ook iets ontvangends moet zijn is voor mij "een nieuwe" in de categorie "maakt een vallende boom geluid als niemand toehoort?" . Zenden en ontvangen zijn onafhankelijke zaken. Radio 4 zendt uit... maar of iemand ontvangt?

De temperatuur van de deeltjes in het heelal is in overzicht kwalitatief heel simpel, kwantitatief moet je er wat aan rekenen.  Uitgaande van een heel hete omgeving van de Big Bang (de huidig opgaande meest waarschijnlijke theorie) bevat deze singulariteit alle energie van het heelal. Door de enorme expansie sindsdien en de samenvoeging van deeltjes tot atomen en later stofjes is veel energie daarin gebruikt. Alles boven Fe heeft sowieso meer energie gekost om het te maken dan erbij vrijkomt. Daarom zitten we nu met kernsplijting in kerncentrales te werken omdat voor fusie de temperatuur en druk ontbreken om quantum-tunnelend te fuseren.  
Expansie (kinetische energie), materie-opbouw (E=mc2) heeft veel Big Bang energie opgeslokt. Het restant is nu meetbaar als de 3K achtergrondstraling. Het heelal, buiten die paar hete bolletjes die we "ster" noemen en paar koude bolletjes die we "planeet" noemen is afgekoeld tot een zwart lichaam van 3 K. Sterren/planeten zijn wat lokale afwijkingen, klonten in de pap.
Temperatuur is een maat voor de beweging (kinetische energie) van de deeltjes.
Temperatuur is een zinnige maat bij veel deeltjes (in een sauna of zomerdag buiten) maar per deeltje weinig zeggend (3/2 kT). Maar goed genoeg voor enkele misleide personen om te beweren dat een raket nooit de dampkring kan verlaten omdat de bovenlagen temperaturen van duizenden graden hebben en metaal zou smelten.
Ja - bij dichtheden zoals bij het aardoppervlak en een voldoende lang verblijf in zo'n omgeving om energie op te nemen. Maar op die hoogten zijn er nog 100 atomen / cm3 of zo en die paar kunnen hun energie wel delen met de metalen raket die langskomt, maar dat is net als een kogel afgeschoten op een menigte van 1022 personen. Enig effect, maar niet veel.

Zoals diverse schoolboekvragen proberen te laten ontdekken, warmt een planeet niet op. Hij neemt evenveel warmte op als hij uitstraalt. Als dat niet zo was dan wordt de planeet warmer en gaat "dus" een andere black body stralingsverdeling geven tot uiteindelijk weer wel evenwicht ontstaat (meer energie per seconde uitstralen). Dat zie je ook bij het smelten van ijzer: eerst neemt het energie op maar op een gegeven moment is een Planckse kromme horend bij een geel/rode kleur de temperatuur waarbij vanuit de oven evenveel energie wordt toegevoerd als het ijzer uitstraalt. Het wordt niet heter.
Jeroen op 03 november 2020 om 08:51
Helemaal helder. Mooie vergelijkingen. Bedankt!

Plaats een reactie

+ Bijlage

Bevestig dat je geen robot bent door de volgende vraag te beantwoorden.

Clara heeft dertig appels. Ze eet er eentje op. Hoeveel appels heeft Clara nu over?

Antwoord: (vul een getal in)