Der Kreis schließt sich!

[Mikesch]

ich habe ein Mini-Experiment gemacht:

hübsch...

Etwa 15 Minuten eine 75 Watt Glühbirne neben ein schräg aufgestelltes, glänzendes, hinterlüftetes Aluminiumblech betrieben und kurz nach dem Abstellen der Wärmezufuhr durch die Lampe die Temperatur des glänzenden Aluminiumblechs mit einem IR-Thermometer gemessen. Die Raumtemperatur lag bei etwa 20 °C.

Ergebnis: Das glänzende Aluminium Blech erwärmte sich bereits nach 15 Minuten auf über 111 °C, der Glasspiegel der dabei stand erwärmte sich in der Nähe der Glühlampe auf über 35 °C.
P.S.: Metall ob spiegelnd oder matt erwärmt sich durch Lichteinstrahlung sehr.

Das Alublech mag ja glänzen, aber welcher Emissionsgrad das Blech haben könnte ist nicht klar, zumindest nicht einen Wert von 0,2 von poliertem Blech, dazu ist es erkennbar zu rauh . Möglicherweise ist das Blech auch noch lackiert, um es vor Oxidation zu schützen.
Der Spiegel allerdings ist vermutlich eine aufgedampfte Aluminiumschicht unter Glas (Jedenfalls ist das üblich. Silber ist einfach zu teuer). Die kommt einem Emissionsgrad von 0,2 und gar darunter doch sehr nahe und das entspricht ja erwartungsgemäß einer idealen polierten Aluminiumplatte.
Die Ergebnisse des Experiment bestätigen die Überlegungen ja sehr schön.
Bei welchen Temperaturen erwarten Sie dann ein Gleichgewicht im System? Vielleicht ergeben sich da ja Verletzungen gegen die Gesetze der Thermodynamik oder eben auch Bestätigungen.
Interessant wäre jetzt noch mal ein Stück dunkelbraune Pappe gegen die Aluplatte auszutauschen, um zu sehen, wie sich das bei Ihnen unter Ihren Bedingungen so verhält und das Ergebnis dann mit den Ergebnissen von von fallilis Experiment vergleicht:

...
Hab eine dunkelbraune Pappe 5 cm neben eine 40 W Glühlampe gestellt - nach 5 min war die beim fühlen pottheiß.

Viel Erfolg...
Mike

[McDaniel-77]

Danke der Luftkühlung wird nur die Alufolie heiß fallili,

fehlt aber die Luft, dann strahlt die Wärmestrahlung auch auf die Pappe und die wird dann ebenso heiß, es kommt nur zu einer Verzögerung, da die Wärme so stufenweise übertragen wird.

Man könnte auch zehn Schichten an Blech nehmen, das dauert dann schon länger, bis die Wärme sich von einer Schicht zur nächsten überträgt, aber sie wird sich nicht aufhalten lassen, im Vakuum gibt es keine Luftkühlung.

Vielleicht mache ich später noch ein Experiment mit dem Wärmestrahler und dem Alublech, mal sehen wie warm es auf der Rückseite wird.

McDaniel-77

P.S.: Spacerat, die eloxierten müssten sich kühler anfühlen, aber ob sie wirklich kühler sind? Eine Beschichtung hat meistens negative Effekte auf die Wärmeleitfähigkeit, blankes Metall leitet die Wärme am besten oder Diamant, wegen seiner starren Atomstruktur.

[fallili]

Danke der Luftkühlung wird nur die Alufolie heiß fallili,
fehlt aber die Luft, dann strahlt die Wärmestrahlung auch auf die Pappe und die wird dann ebenso heiß, es kommt nur zu einer Verzögerung, da die Wärme so stufenweise übertragen wird.
...

Nein, ganz im Gegenteil. Ich hab die Pappe ja mit Alufolie "dicht" umhüllt - also alle Ränder ca. 1 cm um die Pappe gebogen, damit die Alufolie hält.
Daher müsste die Wärme von der Alufolie sowohl durch Strahlung auf die Pappe als auch durch Konvektion über die Luft dann auch auf die Pappe kommen.
Die kaum stattfindende Erwärmung der Pappe liegt also wirklich daran, dass die Alufolie wesentlich besser reflektiert.

Deine Ansicht würde nur stimmen, wenn ich Alufolie - dann z.B. 1 cm offenen Luftspalt - und dann Pappe haben würde. Dann hätte ich 1 cm "Kühlbereich" und natürlich würde die Pappe dann auch nicht heiß.

Da Du aber ein IR Thermometer hast, kannst ja den Versuch ebenfalls dahingehend machen. Nimm Dein schon verwendetes Alublech - leg eine Schicht Alufolie davor (auch schön um alle Ränder umbiegen, damit Du eine Luftzirkulation und damit einen "Abtransport" von Wärme verhindern kannst) - und miss dann in verschiedenen Zeitabständen die Temperatur vorne und hinten.

Das kommt dann der Situation mit der Isolation von Satelliten im All schon deutlich näher.

[McDaniel-77]

Es funktioniert nicht fallili,

weil die Luft das Blech sofort abkühlt. Ohne Vakuum kann man das nicht mal annähernd nachstellen.

Das IR-Thermometer zeigt über 290 °C an, aber wenn ich das Blech mit der Hand anfasse hat es gefühlte Zimmertemperatur. Es wird nicht heiß, solange die Luft es abkühlt.

Ein Vakuum-Röhren-Kollektor erreicht auf der Erde bis zu 369 °C, also ist der entscheidende Faktor für hohe Temperaturen das Vakuum, also das fehlen von Materie, die die Wärme abtransportieren kann.

Grüße

McDaniel-77

[fallili]

Was misst Du ???????????
Wie kommst Du mit dem IR Thermometer auf 290 °C?

Misst Du die Aluoberfläche während die Lampe eingeschaltet ist oder womöglich noch in der "Messanordnung ist?
Ausschalten der Glühbirne allein hilft nämlich nix - der Glaskolben der Lampe bleibt noch heiß und strahlt natürlich weiter im IR Bereich.
Da kannst Du Dein IR-Thermometer gleich auf die Lampe richten.

Also wenn Du wirklich etwas beweiskräftiges messen willst muss die Lampe vollständig und weit entfernt werden. Nur weil sie nicht mehr leuchtet heißt das nicht, dass sie nicht weiterhin noch eine ganze Zeit lang Wärmestrahlung von sich gibt!

[McDaniel-77]

Gutes Argument fallili,

es stimmt, dass die IR-Stahlung der Quelle kurz nach dem Abstellen noch weiter geht, daher die Messwerte .
Es stimmt aber auch, dass im Sonnenlicht blankes Blech sehr heiß wird.

Ich wundere mich gerade, warum man das nicht einfach so mit einem Wärmestrahler nachstellen kann.

Grüße

McDaniel-77

P.S.: Fehler erkannt! Das Aluminiumblech wird spürbar warm, aber das IR-Themometer "sieht" nur das Spiegelbild der Strahlung und nicht die Wärmestrahlung des Blechs.

[fallili]

"Spürbar warm" klingt schon deutlich richtiger.
Aber das hätte mir auch passieren können, dass ich bei so einer Messung die Lampe ausschalte und dann gleich weitermesse ohne die Lampe vollständig zu entfernen. Man sieht eben nicht im Infrarotbereich und glaubt "aus ist aus".

Also kannst Du ja nun "richtig" weitermachen. Ist sicher interessant zu messen welche Endtemperatur so ein Blech nach deutlich längerer Zeit erreichen könnte.
Wobei Du da auch wieder aufpassen musst - das Blech darf nicht groß sein - sonst hast Du einen kleineren Bereich wo die Wärmestrahlung halbwegs homogen eintrifft - aber einen großen Bereich wo die Wärme dann hingeleitet und abgestrahlt wird.
Ich würd da maximal ein 3 x 3 cm Blech nehmen - da kann man die ganze Oberfläche noch als halbwegs gleich weit von der Lampe entfernt betrachten.

[McDaniel-77]

Ich habe jetzt einen besseren Versuchsaufbau fallili,

eine glänzende Metalldose, angebohrt und Thermometer innen rein gesteckt:

Gemessene Temperatur in der Blechdose über 50 °C. Die Dose wird durch die Umgebungsluft mit etwa 20 °C gekühlt, im Vakuum des Weltalls fällt diese Kühlmöglichkeit weg, d.h. die Temperatur würde in der Dose dramatisch ansteigen.

Grüße

McDaniel-77

[fallili]

Dein Eifer ist lobenswert, aber wenn Du Dich schon in die Gefilde der Experimentalphysik wagst, dann musst Du das auch ordentlich machen.
Deine Angabe "bestrahlt mit 75 W Glühbirne und 1200 W Wärmestrahler" ist mal überhaupt nicht aussagekräftig.

Auf dem Bild kann man die Größe der Metalldose nicht abschätzen. Also muss man zuerst mal die für die Wärmeaufnahme wirksame Fläche kennen.
Wenn es eine Konservendose ist, dürfte das so bei 100 - 200 cm2 liegen.
Also muss man nun für die passende Wärmeleistung sorgen.
Da Du ja angibst, das im All 1900 W / m2 wirken muss man also dafür zuerst dafür sorgen, dass daher etwa 20 - 40 W Wärmeleistung (eben 1,9 W pro 10 cm2) auf diese Fläche kommen.
Dann soll ja nicht die Luft in der Umgebung erwärmt werden und sich auf die Dose auswirken - also braucht man am besten eine Blende die dafür sorgt, dass nur die Dose angestrahlt werden kann.
Dann wird ein Satellit ja auch mit Folie isoliert - also muss um die Dose auch noch eine Schicht Alufolie (die sicher sehr spezielle Folie für Satelliten wird man nicht so einfach kriegen).
Wenn das mal alles erledigt ist, kann man anfangen mit Messungen und mal schaun wie schnell und wie weit die Temperatur im Inneren der Dose steigt.
Auf diese Weise kann man die Simulation der Einstrahlung wahrscheinlich gar nicht mal so schlecht hinkriegen.

Dann kann man sich als nächstes Gedanken darüber machen wie man die fürs Weltall passende Wärmeabstrahlung auf den nicht bestrahlten Seiten der Dose "simulieren" kann.
Hier auf der Erde haben wir 20 °C Umgebungstemperatur - und natürlich ist daher die Wärmeabstrahlung im All eben ganz was anderes.

Ich könnte mir vorstellen, das man die vom Strahler abgewandte Seite der Dose mindestens mit Eiswasser kühlen müsste, um hier überhaupt in die passende Richtung zu kommen - das ist aber nur mal eine ganz schnelle Spekulation - da muss man sich wesentlich ernsthafter mit dem Problem der Simulation der Abstrahlung beschäftigen.
Es lässt sich aber ganz sicher berechnen wie hoch die Energieabgabe im All pro m2 und Temperatur ist, da gibt's sicher irgendwo schon die entsprechenden Werte. Tja - und das muss man eben auch mit der Dose dann entsprechend simulieren.

Wie anfangs gesagt - lobenswert was Du da machst, aber wenn Du es machst dann mach es auch richtig - oder besser gesagt halbwegs richtig und vergleichbar, perfekt wird man es ohne enormen Aufwand sowieso nicht hinkriegen.

[Mikesch]

die eloxierten müssten sich kühler anfühlen, aber ob sie wirklich kühler sind? Eine Beschichtung hat meistens negative Effekte auf die Wärmeleitfähigkeit, blankes Metall leitet die Wärme am besten oder Diamant, wegen seiner starren Atomstruktur.

Falsch. Eine Eloxy-Beschichtung hat wenig Einfluß auf die Wärmeleitung. Sie dient in diesem Fall dazu, einen höheren Emissionsgrad zu erzeugen. Auch wenn das nicht in Ihr Weltbild passt ein Beispiel aus der Praxis: Kühlkörper in der Elektronik sind oft aus eloxierten Aluminium: Um die Wärme schnell über Wärmestrahlung abzutransportieren sind die Kühlkörper eloxiert, aus Aluminium um die überschüssige Wärme schnell in den Kühlkörper zu leiten und zu verteilen und Kühlrippen, um die Effektivität der Konvektion zu erhöhen. Da sind die drei Komponenten der Wärmeübertragung: Leitung, Strahlung, Strömung.

Ein Vakuum-Röhren-Kollektor erreicht auf der Erde bis zu 369 °C, also ist der entscheidende Faktor für hohe Temperaturen das Vakuum

Ja, richtig

also das fehlen von Materie, die die Wärme abtransportieren kann.

Ja, auch richtig.
Aber: Es wird trotzdem Wärme abgeleitet über die Rückstrahlung.

Gemessene Temperatur in der Blechdose über 50 °C. Die Dose wird durch die Umgebungsluft mit etwa 20 °C gekühlt, im Vakuum des Weltalls fällt diese Kühlmöglichkeit weg, d.h. die Temperatur würde in der Dose dramatisch ansteigen.

Die Messung mag ja richtig sein, Ihre Prognose ist Unsinn: Wenn Sie doch einfach mal Ihre Lieblingsformel an, aber zur Abwechselung mal richtig:

Die Wärmestrahlung geht nicht nur zum Körper, sondern auch weg von ihm. Machen Sie eine Energiebilanz auf (erster Hauptsatz der Thermodynamik). Dieser Energieabfluß durch die Wärmestrahlung kühlt den Körper. Die Sonne zum Beispiel.
Die Unterschiede zwischen Ihrem Hausexperiment und der Situation im Weltall ist neben dem fehlenden Vakuum auch der Umstand, dass die Abstrahlung der Aluplatte gegen die 20°C-Warme Zimmerwand in die Energiebilanz eingeht und im Weltall gegen die -273°C (~0K) Hintergrundtemperatur.

Solange Sie das nicht verstehen, werden Sie mit Ihrem kleinen Experiment keine vernünftige Erklärung für die Ergebnisse bekommen. Allerdings müssten Sie dann mal quantitative Vorhersagen machen und diese dann mit dem Experiment absichern. Wie wir wissen, ist Rechnen ja nicht Ihre Stärke, aber Meinungsstark bei völliger Ahnungslosigkeit sind Sie ja schon.

Mike