Một bề mặt có thể lạnh hơn không khí nhờ bức xạ lên bầu trời ra sao?
Khám phá mở rộng – Vật lý 12
Một bề mặt có thể lạnh hơn không khí xung quanh nếu nó mất năng lượng bằng bức xạ lên bầu trời nhanh hơn tổng năng lượng nhận lại. Nhiệt độ của bề mặt do toàn bộ cân bằng năng lượng quyết định, không buộc luôn bằng nhiệt độ không khí.
Bề mặt đang trao đổi với nhiều phía
Nó phát hồng ngoại nhưng cũng nhận bức xạ từ khí quyển, mây và vật xung quanh. Đồng thời, không khí có thể truyền nhiệt tới bề mặt lạnh bằng đối lưu, còn giá đỡ có thể dẫn nhiệt vào.
Vì vậy, chỉ tính công suất phát ra chưa đủ. Muốn biết lạnh xuống hay ấm lên phải xét cả các đường năng lượng vào và ra.
Bầu trời không phải một vật có một nhiệt độ đơn giản
Khí quyển hấp thụ và phát khác nhau theo bước sóng. Trong những dải tương đối trong suốt, thường gọi là cửa sổ khí quyển, bức xạ từ bề mặt có thể thoát ra không gian hiệu quả hơn.
Một bề mặt có đáp ứng phổ phù hợp có thể tận dụng đường mất nhiệt ấy. Không nên nói không gian “hút lạnh” xuống; năng lượng đang được truyền ra bằng sóng điện từ.
Vì sao mây và nắng làm kết quả khác?
Mây và hơi nước có thể làm tăng bức xạ hồng ngoại nhận lại, giảm khả năng nguội xuống. Ban ngày, hấp thụ ánh nắng còn đưa thêm năng lượng rất lớn vào.
Do đó, một thiết kế làm mát bức xạ ban ngày cần vừa hạn chế hấp thụ nắng vừa phát nhiệt hiệu quả ở dải phù hợp. Một vật có màu trắng nhìn thấy chưa tự bảo đảm đáp ứng hồng ngoại và điều kiện lắp đặt đã đạt yêu cầu.
Có thể dùng trực giác này để hiểu vì sao một số bề mặt ngoài trời lạnh hơn số đo nhiệt kế không khí gần đó. Nếu bề mặt đủ lạnh, hơi nước có thể ngưng tụ; tuy nhiên, tạo sương không phải điều kiện bắt buộc của mọi hệ làm mát bức xạ.
Hiểu lầm: lạnh hơn môi trường luôn phải có máy lạnh chạy điện. Một hệ trao đổi với bầu trời và không khí không chỉ tiếp xúc với một nguồn nhiệt đồng nhất.
Ghi nhớ: theo dõi phổ bức xạ và toàn bộ cân bằng nhiệt, không chỉ tên gọi “nhiệt độ ngoài trời”.
Đọc thêm
- Vì sao bức xạ nhiệt tăng rất mạnh khi vật nóng hơn?
- Kính Low-E giảm trao đổi nhiệt mà vẫn cho ánh sáng qua ra sao?