La radiació

Juan Bisquert

Departament de FísicaUniversitat Jaume I12071 CastellóSpain

Castelló, setembre 2007

La radiació electromagnètica

Short wavelength High frequency

High energy

Long wavelength Low frequency

Low energy

1900 – La forma de l’espectre

Llei de radiació de PlanckMax Planck1831-1879

Els cossos emeten segons la seua temperatura. La radiació EM es composa d’una ampla banda de freqüències

Calfament d’un cosEn augmentar la Temperatura, el pic es desplaça cap al visible i després a l’ultraviolat

Iluminació: El cos negre produeix totes les freqüències

Eficiència energia->llum: 10%

1900 – La radiació de cos negre

Quan es calfa, emet radiació segons l’espectre de Planck

Obri la hipòtesi quàntica

El cos negre: No reflecteix, absorbeix tota la radiació que incideix sobre ell.

Emissió de llum: efecte fotoelèctric

Albert Einstein1879 – 1955

La hipòtesi quàntica per als fotons

Interacció entre la llum i la matèria

L’energia del fotó correspon a la diferència d’energies entre els nivells atòmics

Schematic of energy drop when an electron moves from to a lower energy level.The frequency (v) at which the spectral line occurs is related to the energy (E) by Planck`s law; E = hv, where h is Planck’s constant. The atomic radiation produced can be characterised by both emission and an absorption coefficients.

E = hv

Emissió de llum: des d’un àtom

L’electró canvia d’estatL’energia es llibera com un fotó

L’àtom passa a un nivell amb més energia,Per absorció d’un fotó

Emissió de llum des d’un semiconductor

Emissió de llum des d’un semiconductor:LEDs

Eficiència energia->llum50%

L’espectre de la radiació solar

Emisió de cos negre del Sol i de la Terra

Filtratge de la radiació en l’atmosfera

L’espectre de la radiació solar

Emisió de cos negre del Sol i de la Terra

Wavelength spectrum of solar radiation (red) and terrestrial radiation (blue). The solar spectrum has been simplified and is for the solar radiation intercepted by the Earth (as in Figure 2), not the total

power emitted by the Sun. Note again that the wavelength scale is logarithmic

Filtratge de la radiació en l’atmosfera

The major absorbers of IR radiation are water vapor (66 to 85%) and CO2 (9 to 30%). Water vapor remains at a pretty constant mass in the atmosphere, as precipitation and evaporation are essentially in balance. But because CO2 has a long residence time in the atmosphere, it's concentration in the atmosphere has been rising steadily over 150 years.

Els gasos principals de l’atmosfera (oxigen, nitrogen) no absorbeixen radiació infraroja, les propietats radiatives de l’atmosfera estan dominades per gasos de traça, sobretot vapor d’aigua, diòxid de carboni, I ozó.

Emissió de la terra

La terra emet en infraroig, com un cos negre a uns 300 K

1. Emisió des de la superficie, a uns 300 K2. Banda opaca del CO2. Emisió des de la capa superior de l’atmosfera, a uns 220 K

12

Emissió de la terra

Sahara

Mediterrani

Antartic

La terra emet en infraroig, com un cos negre a uns 300 K

El balanç de les llums

The steady-state balance between incoming and reflected solar radiation (orange arrows) and outgoing terrestrial radiation (reddish arrow) for an Earth-like planet without an atmosphere. 100 units represent the globally averaged rate per unit area at which solar radiation reaches the planet; i.e. 342 W m−2

Variacions de la composició de l’atmosfera

because CO2 has a long residence time in the atmosphere, it's concentration in the atmosphere been rising steadily over 150 years. Before that CO2 was essentially in balance in the atmosphere. But since the industrial revolution, CO2 has been added to the atmosphere much faster than it returns to earth.