Fotovoltaico: vera opportunità ? – Aggiornamento
Il lavoro presente ha lo scopo di valutare se vi è o meno convenienza nella moda ormai dilagante di usare i pannelli solari per riscaldare ambienti e/o acqua sanitaria e per produrre energia elettrica. Saranno presi in esame gli aspetti seguenti:
- convenienza economica dell’investimento;
- impatto termico ambientale distinto per il sito di installazione dell’impianto e per l’intero ambiente considerato nella sua globalità ;
- confronto con gli omologhi impianti tradizionali a combustione;
- influenza sull’effetto serra;
I risultati ottenuti sono imprevisti, sorprendenti e sollevano interrogativi seri sull’onestà mentale dei sostenitori ad ogni costo di tali impianti. C’è fortissima puzza di imbroglio.
Premessa
Si analizza preliminarmente l’interazione tra un pannello solare ed i flussi radiativi che intervengono nel bilancio termocinetico del sito di installazione. L’argomento presenta una larghissima quantità di dati pubblicati, facilmente reperibili in rete. Viene qui usata una della tante figure che sintetizzano l’argomento, rielaborata per mettere in evidenza le voci di bilancio che ci interessano.
Posta pari a 100 la radiazione solare ISR entrante dal limite superiore dell’atmosfera, solo una frazione raggiunge la superficie terrestre (Is = 52), parte assorbita (Ias = 46), parte riflessa nello spazio (E1 = 6). La radiazione assorbita viene in parte riemessa come radiazione infrarossa (Er = 15) della quale (E2 = 9) è inviata direttamente nello spazio, (Er- E2 = 6) riscalda l’atmosfera come calore sensibile. La parte restante di Ias viene ceduta all’atmosfera come calore sensibile (Es = 7) e come calore latente di evaporazione delle acque superficiali (Ev = 24). Si esprimono nel dettaglio le diverse aliquote in funzione di Is che rappresenta la radiazione captata dai pannelli solari.
- E1, pari al 12% di Is, è riflessa direttamente nello spazio senza che essa riscaldi né la superficie, né l’atmosfera;
- Ias, ossia l’ 88% di Is, riscalda la superficie e viene poi riemessa come:
- E2, che corrisponde al 17% di Is, scambiata direttamente tra la superficie e lo spazio, con l’effetto di raffreddare la superficie senza riscaldare l’atmosfera;
- (Er – E2) ed Es, complessivamente pari al 25% di Is, raffreddano la superficie e riscaldano l’atmosfera contribuendo ad innalzarne la temperatura;
- Ev, corrispondente al 46% di Is, che raffredda la superficie senza riscaldare gli strati bassi dell’atmosfera essendo l’evaporazione un processo a temperatura costante; tale apporto sarà reso successivamente con la condensazione del vapore che andrà a formare le nuvole a quota elevata.
Un pannello solare viene installato per catturare possibilmente tutta la Is, che sarà poi ceduta interamente come calore sensibile all’atmosfera, innalzandone la temperatura, dopo essere stata rielaborata ed utilizzata. Un pannello solare produce nel sito di installazione due effetti:
- l’energia termica immessa nell’atmosfera, pari a Is – (E1 + E2) ossia al 71% di Is in assenza di pannello, passa al 100% di Is ossia al 141% del valore precedente;
- il riscaldamento sensibile dell’atmosfera, che era prima pari a (Er – E2) + Es, corrispondente al 25% di Is, passa al 100% di Is cioè al 400% del valore precedente con la conseguenza che anche l’innalzamento della temperatura atmosferica provocato nel sito (forzatura sensibile) passa al 400% del valore precedente.
L’interferenza di un pannello solare con il sistema terra – atmosfera non è di poco conto. La sua installazione andrebbe giustificata da validi motivi, dopo aver confrontato i loro aspetti negativi per l’ambiente con quelli degli impianti tradizionali omologhi.
Valutazione degli impianti solari termici
L’energia utile producibile con un impianto solare è
Eumax = ηimp·ηpann·Is = 0.8·ηpann·Is
dove ηpann è il rendimento medio annuale dei pannelli, ηimp è il rendimento degli altri componenti dell’impianto che viene assunto pari a 0.8, Is è l’energia solare che incide annualmente sui pannelli. In altri termini un impianto dimensionato per produrre un’energia utile Eumax deve utilizzare un campo solare di pannelli che permettano di intercettare energia radiante almeno pari a
Is = 1.25 · Eumax / ηpann
Gli impianti solari termici cedono sul posto tutta l’energia captata Is, poiché non trasportando energia a distanza, producono, utilizzano e scaricano in loco l’energia utile, che va ad aggiungersi agli scarti di produzione. I pannelli causano un carico termico aggiuntivo per il sito di installazione
INQ_thpann = 0.29 · Is = 0.36 · Eumax / ηpann
oltre a trasformare in sensibile tutto il calore precedentemente ceduto per irraggiamento ed evaporazione col risultato di quadruplicare il calore immesso sotto forma sensibile
Q_Sens_Postpann / Q_Sens_Antepann = 4
Occorre rilevare a questo punto che, per una data Eumax producibile da un impianto solare, l’energia realmente utilizzata sarà f · Eumax , ove f è il fattore di utilizzazione della stessa. Pertanto mentre un impianto solare riscalderà l’atmosfera sempre e comunque in misura proporzionale alla Eumax, anche in assenza di utilizzazione, l’impianto termico omologo lo farà solo se viene utilizzato, e quindi in proporzione a
Eu = f · Eumax = ηth · Ec
in cui Ec è l’energia termica liberata annualmente dalla combustione, ηth è il rendimento medio annuale dell’impianto termico. In questo caso tutta l’energia termica liberata con la combustione costituisce il carico termico aggiuntivo per il sito di installazione
INQ_locth = Ec = f · Eumax / ηth
In questo caso i relativi carichi termici inquinanti stanno tra loro nel rapporto
INQ_thpann / INQ_locth = 0.36 · ηth / (f · ηpann)
Valori ammissibili dei rendimenti sono ηpann = 0.5, ηth = 0.85 per un impianto autonomo, ηth = 0.6 per un impianto centralizzato. Si ottiene pertanto
- per gli impianti autonomi INQ_thpann / INQ_locth = 0.61 / f
- per gli impianti centralizzati INQ_thpann / INQ_locth = 0.43 / f
con la conseguenza che si otterrà INQ_thpann / INQ_locth ≤ 1 cioè il solare termico non inquinerà più del termico tradizionale solo se sono verificate le condizioni
- per gli impianti autonomi f ≥ 0.61
- per gli impianti centralizzati f ≥ 0.43
Risulta conveniente per il sito di installazione e per l’ambiente in generale realizzare impianti solari termici al posto degli omologhi impianti a combustione purché i primi non siano sovradimensionati inutilmente e vengano eserciti con un fattore di utilizzazione che non scenda al di sotto di precisi limiti di convenienza.
Valutazione degli impianti solari fotovoltaici
Gli impianti fotovoltaici hanno la caratteristica di trasportare e cedere l’energia utile in un sito distinto da quello di installazione, che può essere situato anche a distanza notevole. In questo caso il surplus di energia ceduto nel sito di installazione diminuisce risultando
INQ_FV_locpann = 0.29 · Is – f · Eumax = Eumax · (0.36 – f · ηpann) / ηpann
che non si annullerà mai né tantomeno diverrà negativo perché i pannelli reperibili sul mercato hanno rendimenti compresi nell’intervallo 0.06 ≤ ηpann ≤ 0.12.
La forzatura sensibile nel sito di installazione sarÃ
Q_Sens_Postpann / Q_Sens_Antepann = 4 · (1 – 0.8 · f · ηpann)
Anche nel caso si avesse f = 1 la forzatura si ridurrebbe al massimo di appena il 10% sempre a causa dei valori molto bassi dei rendimenti dei pannelli fotovoltaici. L’impianto fotovoltaico non risulterà mai ad impatto termico zero per il sito di installazione.
Un impianto fotovoltaico valutato in un ambito allargato che comprenda anche il sito in cui viene utilizzata e scaricata in atmosfera sotto forma di calore l’energia prodotta, contribuisce al riscaldamento dell’atmosfera con tutto il suo potenziale inquinante per qualsiasi valore del fattore di utilizzazione
INQ_FV_totpann = 0.36 · Eumax / ηpann
Gli impianti termoelettrici omologhi immettono calore in atmosfera in parte nel sito di installazione
INQ_locth = Ec – Eu = f · Eumax / ηth – f · Eumax
e per la restante parte nel luogo di utilizzazione
INQ_utth = Eu = f · Eumax
con un inquinamento globale per l’ambiente pari a
INQ_totth = Ec = f · Eumax / ηth
Ciò premesso, per il sito di installazione dell’impianto si avrebbe un surplus di inquinamento termico dovuto al FV
INQ_FV_locpann – INQ_locth = (0.36 · Eumax / ηpann – f · Eumax) – (f · Eumax / ηth – f · Eumax) =
= 0.36 · Eumax / ηpann – f36 · Eumax / ηth = INQ_FV_totpann – INQ_totth
La differenza di inquinamento termico tra il Fv ed il tradizionale risulta la stessa sia per il sito di installazione che per l’ambiente globale.
Tenuto conto che un buon impianto termoelettrico combinato ha un ηth = 0.65, tale differenza sarebbe negativa o nulla, ossia il FV non risulterebbe più inquinante, se
ηpann ≥ 0.234 / f
condizione impossibile a realizzarsi con i rendimenti attuali dei pannelli FV.
Pertanto gli impianti fotovoltaici causano sempre un maggiore inquinamento termico rispetto ad un buon impianto termoelettrico sia nel sito di installazione che nell’ambiente considerato nella sua globalità .
Valutazione economica degli impianti solari
I tempi di ritorno semplice dei costi di investimento che occorre sostenere per la realizzazione di un impianto solare sono valutati sulla base di una lunga serie di parametri attinti dal “libro dei sogni†e risultano fortemente variabili. I valori maggiormente ricorrenti che si riscontrano nelle numerose pubblicazioni al riguardo sono
solare termico 5 – 8 anni
fotovoltaico 10 – 15 anni
Simili valori sono improponibili in un piano industriale credibile; non si vede perché per il privato debbano valere regole di valutazione economica diverse.
Forzando un tantino la mano potrebbe prendersi in considerazione solo il solare termico ma occorre farlo con molta oculatezza tendente a massimizzarne la resa e soprattutto dovrebbe esserci una contropartita ragionevole.
Influenza sull’effetto serra
I sostenitori degli impianti solari ad ogni costo sostengono con enfasi che pur con tutte le loro pecche tali impianti hanno il pregio innegabile di ridurre le emissioni di CO2 in atmosfera contribuendo al contenimento del riscaldamento globale al quale il pianeta sta andando incontro a causa dell’incremento dei gas serra. Secondo le loro previsioni, invero mai giustificate in maniera trasparente ed oggettiva, il raddoppio della concentrazione di CO2 porterà ad un incremento della temperatura media della superficie terrestre di 4 – 5 °C con drammatiche conseguenze per il pianeta. A questa conclusione si è giunti analizzando le rilevazioni da satellite similari a quelle riportate nel grafico seguente
nel quale è evidente che l’interferenza della CO2 con la radiazione emessa dalla superficie terrestre è concentrata nella banda tra 600 – 800 cm-1, dove si presenta un forte calo della radiazione misurata dalle apparecchiature a bordo del satellite. Gli stessi risultati sono stati rielaborati e riportati in negativo per mettere in evidenza il fattore serra dei principali gas coinvolti nel fenomeno. Il tutto è veramente impressionante; ma i dati vanno letti con cognizione di causa.
La lettura semplicistica, condita da una buona dose di ignoranza, porta a concludere che un raddoppio della CO2 comporterà anche un raddoppio del fattore serra con conseguente sensibile aumento della temperatura della superficie terrestre. Niente di più strampalato!
La superficie terrestre mantiene costante la sua temperatura media se il flusso termico in entrata che arriva dal Sole risulta uguale a quello in uscita da essa e ceduto all’atmosfera in parte come energia termica per adduzione liminare − convezione e per evaporazione dell’acqua superficiale, per la restante parte come energia radiante.
La trasmissione di una qualsiasi forma di energia in un mezzo non è accettata volentieri dal mezzo che oppone una resistenza caratteristica propria. La trasmissione di energia pertanto viene determinata e sostenuta dal gradiente della concentrazione della stessa energia nel mezzo.
Una precisazione prima di continuare. In fisica, ed in particolare in termodinamica, le proprietà intensive sono quelle proprietà che non dipendono dalla quantità di materia o dalle dimensioni del campione di riferimento ma soltanto dalla natura e dalle condizioni nelle quali si trova. Al contrario una proprietà si dice estensiva se dipende dalle dimensioni del sistema.
Nel caso dell’adduzione – convezione e nell’evaporazione si trasmette energia interna, che è una grandezza estensiva, la cui densità vale
Ïint = N · cvm · T
ove Ïint è la densità di energia interna in J/m3, N è il numero totale di molecole/m3 di gas atmosferici, cvm è il calore specifico medio a volume costante delle molecole in J/( m3 °K), T è la temperatura assoluta dei gas. Lo scambio termico tra la superficie ed il primo strato di atmosfera a suo contatto sarà proporzionale a
dÏint / dh = N · cvm · dT / dh + cvm · T · dN/dh
essendo cvm costante per un gas in quanto legato solamente al fatto che la sua molecola sia monoatomica, biatomica o poliatomica.
L’evaporazione è un processo a temperatura costante ed il calore scambiato per questa via sarà proporzionale solamente al gradiente della concentrazione delle molecole di vapore formatesi nello strato limite interposto tra la superficie liquida ed l’atmosfera
dÏint / dh = cvm · T · dN/dh
L’aumento di CO2 nell’atmosfera non interferisce con l’evaporazione. La trasmissione di calore per adduzione – convezione avviene invece ad N costante e dipenderà da
dÏint / dh = N · cvm · dT / dh
Risulta evidente che il flusso termico dovuto all’adduzione – convezione cresce al crescere di N e che un suo incremento, conseguente alla immissione di CO2, produce un raffreddamento più intenso della superficie terrestre. Nello specifico non interessa quanto valga questo raffreddamento (sarebbe in verità dell’ordine di 10-4) ma che ci sia.
Per quanto concerne l’aliquota di calore trasmesso come energia radiante, l’interazione tra la radiazione e le molecole dei gas serra sensibili ad essa è circoscritta nell’intorno di una specifica lunghezza d’onda che ne rappresenta “l’impronta digitaleâ€. Si deve fare riferimento cioè alla radiazione monocromatica corrispondente alla lunghezza d’onda λ al centro della banda di interferenza corrispondente. La densità dell’energia radiante presente in un gas immesso in un campo di radiazione è data, secondo Plank ed Einstein, da
Ïλ = f(λ) · g(λ,T)
ossia, per una data λ, è funzione della sola T
Ïλ = w(T)
ed è la stessa per tutti i materiali qualunque sia la loro natura ed il loro stato di aggregazione. In altri termini la densità di energia radiante è una grandezza intensiva così come la temperatura e non dipende dal numero e dal tipo delle molecole presenti nel campo della radiazione. Nello specifico interessa che tale densità di energia radiante non dipenda dal numero totale N di molecole al m3 presenti nello strato di atmosfera considerato e neppure dal numero di molecole di CO2 presenti ed interagenti con la radiazione monocromatica considerata.
Può risultare utile prendere in esame l’espressione della g(λ,T) trovata da Einstein come risultato degli effetti combinati dell’assorbimento di fotoni da parte di un gas sensibile alla radiazione e della loro emissione spontanea e stimolata, quando dette la sua elegante giustificazione teorica alla formula di Planck, basata “solo su un artificio matematico†come sostenevano i suoi critici
g(λ,T) = 1 / (N0 / N1 – 1)
ove N0 / N1 è dato dalla funzione di distribuzione di Maxwell-Boltzmann delle particelle con una certa energia, in un sistema che obbedisce alle leggi della fisica e della meccanica statistica. N0 corrisponde nello specifico al numero di molecole / m3 di CO2 non eccitate dalla radiazione, N1 quello delle molecole eccitate, la loro somma al numero totale delle molecole / m3 di CO2. Risulta chiaro che anche se il numero totale di tali molecole dovesse raddoppiare, raddoppierebbero contemporaneamente sia N0 che N1 e la g(λ,T) resterebbe immutata. Alla temperatura di 300 °K il rapporto N0 / N1 vale circa 25 e quindi la g(λ,T) resterebbe la stessa anche se, per assurdo, il contenuto di CO2 dovesse scendere fino ad un minimo di 26 molecole / m3 delle quali una sola eccitata e avrebbe problemi di esistenza al di sotto di tale valore. Con tali numeri però non ha più significato la distribuzione di Maxwell-Boltzmann perché il campione non è numericamente credibile. Tanto per chiarirci le idee il contenuto attuale di CO2 nell’atmosfera a livello del mare è di circa 5·1022 molecole / m3.
Lo scambio termico tra la superficie ed il primo strato di atmosfera a suo contatto sarà quindi proporzionale a
dÏλ / dh = dw(T) / dT · dT / dh
valutata per h = 0; quello tra la sommità della troposfera e lo spazio sarà proporzionale alla stessa derivata valutata per h = Htrop.
Il contenuto di CO2 nell’atmosfera può assumere tutti i valori che si vuole ma non influenzerà mai la derivata suddetta e quindi il flusso di energia radiante determinato da essa.
Conclusioni
Dalle valutazioni svolte non emerge un solo elemento che possa essere portato a sostegno degli impianti solari rispetto agli impianti tradizionali omologhi in quanto essi sono dannosi non solo per il portafoglio ma soprattutto per il sito di installazione e per l’ambiente nella sua globalità . Infatti:
- i tempi di ritorno semplice degli investimenti sono in accettabilmente lunghi, soprattutto per il FV
- i pannelli sono una subdola forma di inquinamento termico per il sito di installazione perché
- scaricano nell’atmosfera del sito un carico termico aggiuntivo globale del 41%
- trasformano in sensibile tutto il calore scaricato incrementando del 300% l’aumento della temperatura nel sito creandovi una notevole bolla di calore
- se non sovradimensionato ed esercito con un fattore di utilizzazione elevato, il solare termico potrebbe risultare meno inquinante per il sito di installazione e per l’ambiente in generale rispetto agli impianti a combustione omologhi, ma resterebbe inalterata la forzatura sensibile per il sito di installazione
- gli impianti fotovoltaici causano sempre un maggiore inquinamento termico rispetto ad un buon impianto termoelettrico sia nel sito di installazione che nell’ambiente considerato nella sua globalitÃ
- il ventilato effetto benefico sull’effetto serra, conseguente alla riduzione di CO2 nell’atmosfera, non esiste affatto perché la resistenza alla trasmissione di calore per irraggiamento che è correlata alla presenza in atmosfera della CO2 è una caratteristica puramente intensiva, cioè indipendente dalla quantità di gas coinvolto nel processo.
Ma allora ci troviamo di fronte ad una bufala montata ad arte!
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NB:Â
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Galati
Seguo la stessa numerazione numerica del post.
1) L’assorbimento di un fotone da parte della molecola è un cambiamento di stato in cui l’assorbimento di energia avviene a temperatura costante. La molecola di H2 ad esempio ha una energia interna specifica di 1,5kT (3 gradi di libertà ) per T<=80°K che passa a 2,5kT (5 gradi di libertà ) per 80°K<=T=2500°K. Le transizioni avvengono in pratica con variazioni a gradino della temperatura in occasione dell’attivazione completa dell’energia rotazionale prima e di quella vibrazionale dopo. La modifica dell’energia interna a temperatura costante è caratteristica peculiare dei cambiamenti di stato. Non vedo alcuna differenza con l’evaporazione o gli atri cambiamenti di stato con i quali abbiamo più dimestichezza.
2) La media aritmetica delle temperature alla base ed alla sommità dell’atmosfera è di 255°K. Il valore di 288°K corrisponde alla temperatura media della superficie e quindi della base dell’atmosfera.
Non ho mai dichiarato di essere in disaccordo con l’effetto serra naturale ma sostengo che esso abbia cause fisiche diverse. Mi ripeto.
Se un ambiente riscaldato ha una parete costituita da una lamina metallica la dispersione di calore sarà molto alta ed una stufetta di una data potenza non riuscirà a riscaldare sufficientemente l’ambiente. Una volta foderata la parete con pannelli coibenti che ne aumentino la resistenza termica la stessa stufetta realizza una temperatura interna superiore. A nessuno verrebbe in mente di sostenere che il nuovo equilibrio termico sia stato raggiunto perché è aumentata la potenza della stufetta e la causa verrebbe correttamente imputata all’aumentata resistenza termica della parete.
Se l’atmosfera contenesse solo azoto ed ossigeno essa sarebbe isoterma a 255°K. In queste condizioni la superficie scambierebbe calore solo per irraggiamento. In particolare a 15 micron sarebbe trasmessa senza alcun problema (a temperatura costante) una data potenza specifica che però incontra una resistenza termica se è presente la CO2. Il sistema superficie – atmosfera vince questa resistenza innalzando la temperatura superficiale di quel tanto che è necessario a garantire che la suddetta potenza specifica continui ad essere trasmessa sempre nella stessa misura.
Perché in questo secondo caso lo stesso processo fisico di trasmissione termica in presenza di una resistenza viene giustificato con un aumento della potenza specifica emessa dalla superficie? Non vi è coerenza nel trattamento dello stesso fenomeno.
L’atmosfera è una grande capacità di energia termica sensibile (che si manifesta con una variazione della temperatura) alla quale contribuisce la totalità dei gas presenti, CO2 compresa, ed una capacità di energia radiante (che è di tipo latente e di alcuni ordini di grandezza inferiore alla precedente) dovuta alle sole molecole eccitate della CO2 le quali intervengono, come tutte le altre capacità (condensatori, autoclavi, bacini di calma, ecc), a moderare la velocità con la quale varia la temperatura della superficie terrestre durante i transitori del riscaldamento diurno e del raffreddamento notturno.
3) La pressione critica della CO2 è di 31°C. Considerate le temperature di Venere mi sembra probabile che lo strato più basse delle nuvole riflettenti stiano a temperatura superiore. A proposito da una consultazione ad hoc ho trovato che le nuvole siano di acido solforico. Poco importa. Basta che nelle nuvole ci siano gocce ben grandi da provocare la riflessione.
La trasmissione e la riflessione sono cose distinte. Ad essere riflessi a causa degli urti elastici contro le gocce presenti nelle nuvole sono i FOTONI PARTICELLE (che però a questo punto dovrebbero avere anche una elasticità oltre alla quantità di moto) i quali ritornano indietro nel campo radiante così come una pallina ritorna indietro nel campo gravitazionale dopo avere urtato contro il pavimento. Ma la riflessione per il momento non interessa.
La parte gassosa delle nuvole trasmette i FOTONI ENERGIA non riflessi ma nel pieno rispetto dei processi di trasporto. Nessun negazionismo quindi.
4) Effettivamente la mia frase risulta poco chiara e si presta ad essere male interpretata. Chiarisco.
Il termine “quest’ultima†deve intendersi riferita alla “energia termica accumulata†nell’atmosfera altrimenti vi sarebbe una profonda contraddizione nel mio ragionamento.
Si avrebbe il GW se aumentasse la temperatura media dell’atmosfera.
Non ho mai parlato di strati assorbenti stratificati in basso. Un simile frasario è fuori dalla mia logica in relazione all’argomento in oggetto.
Esperimento ideale.
Si basa sull’accettazione assiomatica di quello che io ritengo sia il “peccato originale†di tutta la questione.
La legge SB ( lo stesso dicasi per quella di Planck) scritta ed interpretata fisicamente nella sua forma monomia non ha alcun senso se applicata ad un processo fisico e porta alla convinzione sbagliata che l’irraggiamento sia un processo assoluto del tutto svincolato dal contesto in cui il fenomeno stesso si verifica. Un trasferimento non può avvenire se non sono contemporaneamente presenti il dante ed il ricevente e sono proprio le caratteristiche di questi ultimi a determinare il trasferimento.
Nel caso prospettato si avrà scambio di calore tra le due piastre solo nella direzione da 1 a 2, fermo restando che ambedue irraggeranno, se lo possono fare, nel restante angolo solido escluso quello in cui si traguardano a vicenda. L’irraggiamento da 2 verso 1 sarebbe del tutto anomalo se avvenisse perché tra tutti i percorsi possibili disponibili per la loro evoluzione i fenomeni naturali scelgono sempre quello che richiede il minimo impegno energetico per evitare di incrementare inutilmente e scioccamente l’entropia dell’universo. Se dovessimo applicare la legge SB con l’ottica della partita doppia, ammettendo che si verificano ben due processi fisici del tutto inutili per il risultato che si vuole raggiungere, dovremmo affermare in questo caso è la natura a contraddirsi.
Personalmente propendo per il contrario.
Cordiali saluti.
Michele
“FOTONI PARTICELLE (che però a questo punto dovrebbero avere anche una elasticità oltre alla quantità di moto) i quali ritornano indietro nel campo radiante così come una pallina ritorna indietro nel campo gravitazionale dopo avere urtato contro il pavimento. Ma la riflessione per il momento non interessa. La parte gassosa delle nuvole trasmette i FOTONI ENERGIA non riflessi ma nel pieno rispetto dei processi di trasporto. ”
“Nel caso prospettato si avrà scambio di calore tra le due piastre solo nella direzione da 1 a 2, fermo restando che ambedue irraggeranno, se lo possono fare, nel restante angolo solido escluso quello in cui si traguardano a vicenda.”
Affermazioni come queste mi pare confermino quantomeno la poca dimestichezza con le proprieta’ fisiche dei fotoni, con i fenomeni di interazione tra radiazione e materia, e con la natura STATISTICA dei fenomeni termodinamici. E da queste affermazioni, palesemente prive di senso per chi abbia studiato un po’ di fisica, e forse anche per chi ne mastica poca, si deduce che i modelli di trasferimento radiativo comunemente utilizzati sono errati e che quindi l’effetto serra della CO2 e’ indipendente dalla concentrazione. Mi rivolgo nuovamente (e per l’ultima volta) agli amministratori del sito: l’ultima parte di questo articolo e’ completamente insensata, e infarcita di errori. Ritengo sia nel vostro interesse prendere dei provvedimenti.
Cordiali Saluti
Giovanni Pellegrini
Vorrei chiedere a Giovanni Pellegrini se questo lo chiama “discutere” ?
Sto cercando di seguire e, da profano, di capirci qualcosa, e non trovo affatto convincenti i metodi e gli atteggiamneti di questa persona, Giovanni Pellegrini.
Se la fisica le dà ragione, non crede di poterlo dimostrare con argomenti, e non con minacce e richieste di sanzioni ?
Siamo o non siamo in una Nazione (ancora) libera, o il pensiero dovrebbe essere impedito con la forza ?
Dimostri la forza della sue idee con la ragione, e non con la forza, visto che se ne dichiara capace !
Secondo me.
Duepassi
Posso capire che i miei toni non siano concilianti. D’altra parte qui non si tratta di censurare nessuno. Nell’ultima parte di questo articolo ci sono scritte delle cose semplicemente sbagliate, ma cosi’ sbagliate che quando le ho lette ai miei colleghi al dipartimento di fisica, si sono fatti delle grasse risate. E’ quindi nell’interesse di questo sito correggere l’ultima parte dell’articolo. Le confesso che non so nemmeno perche’ mi sia fatto coinvolgere, con dispendio di tempo e di fatica (forse per amore della fisica), perche’ effettivamente forse e’ meglio lasciare questo tread a futura memoria.
Cordiali Saluti
Giovanni Pellegrini
Giovanni non mi è ben chiaro cosa ti intenda per futura meomoria. Ad ogni modo ti pregherei di accogliere il suggerimento del commento di “Duepassi” e di produrre quelle che tu ritieni debbano essere le necessarie correzioni. Se del caso, sentirei volentieri l’opinione dei tuoi colleghi. A tempo perso naturalmente. Allo stesso tempo, sollecito Michele ad intervenire sull’argomento, dopo che Giovanni avrà specificato per bene cosa intende.
Grazie a tutti e due.
gg
Riletto il post:
allora il trasferimento radiativo terrestre NETTO verso l’alto e conseguente raffreddamento della superficie e dell’atmosfera si instaura per differenza tra flusso di radiazione ricevuto (minore) e flusso di radiazione uscente (maggiore), almeno di notte o a partire dal calar del Sole, e questo lo dice anche Capoogna all’inizio parlando dell’equilibrio termico terrestre…
Viceversa al crescere dell’intensità dell’irradiazione Solare il flusso entrante è maggiore di quello uscente e la temperatura della superficie terrestre e dell’atmosfera crescono.
Se questa allora è la causa, direi banale, del riscaldamento e raffreddamento della superficie terrestre e dell’atmosfera, (e la cosa mi sembra francamente innegabile) cosa c’entra poi il gradiente di densità di energia tra uno strato e il successivo che potrebbe essere già un’effetto a posteriori di tutto il meccanismo di trasferimento radiativo?
La diminuzione dell’intensità della potenza infrarossa verso l’alto diminuisce infatti col quadrato della distanza, ma a mitigare tale gradiente ci si mette la convezione che trasporta calore verso l’alto portando il gradiente termico ad un valore simile a quello comunemente osservato che è pressappoco di tipo lineare.
L’errore che, secondo me, Capogna fa è mischiare il trasferimento radiativo col trasferimento del calore per conduzione, che sono due cose diverse ovvero seguono meccanismi diversi (nel secondo c’è effettivamente una differenza di energia cinetica molecolare che si scarica tramite gli urti dalla parte calda alla parte fredda, nel primo c’è differenza netta di irradiazione tra due corpi che irradiano a temperatura diversa). Insomma la radiazione non è propriamente materia, il fotone non ’sente’ alcun gradiente di temperatura, si propaga e basta secondo le Equazioni di Maxwell nelle quali non vi è nessun termine riferibile al gradiente di densità di energia.
Poi verrebbe da chiedersi come mai in un contesto di sensibile incremento della Co2 la temperatura terrestre non sia diminuita come la tesi di Capogna vorrebbe, ma anzi sia aumentata?
Torniamo invece all”effetto coperta’ da parte della C02 in analogia appunto con una coperta vera e propria: se la coperta è più spessa, o se vogliamo più densa, più calore è ‘trattenuto’ (dato sperimentale innegabile) interpretabile unicamente col fatto che ogni strato della coperta può reirradiare in parte verso il basso restituendo calore al suolo che la riemette tornando nel processo di assorbimento dell’atmosfera stessa riscaldandola di più fino al raggiungimento dell’equilibrio radiativo con la radiazione entrante.
Più chiaro di così.
Caro Luca,
mi piace il tuo (posso darti del tu?) scrivere semplice. Sono sempre stato convinto che scrivere in maniera semplice richieda una maggiore, e non una minore, comprensione dei fenomeni. Proprio per questo vorrei chiederti una cosa che mi assilla da un po’. Hai parlato della coperta, ok. Una coperta più spessa cosa significa ? Ovvero, per un aumento lineare dello spessore (che è un’altezza) della coperta, è vero o non è vero che ci debba essere un aumento della quantità di CO2 che va col cubo ? La coperta che consideriamo occupa infatti un volume, pare a me. Se, per farla semplice semplice in modo che ci arrivino anche i poveretti come me, immaginassimo che questa “coperta” fosse una coperta gonfiabile, da riempire a CO2, per inalzare lo spessore di un tot, dovremmo immettere un certo “volume” di C2. Senza considerare per il momento l’altro problema, della saturazione, pare a me, profano, che per aumentare in modo pericoloso lo spessore della coperta servirebbe una quantità mostruosa (non oso pensare quanto) di CO2. Non saprei quantificare la cosa, perché sono ignorante in materia, ma credo che voi, che ne capite molto più di me, avrete senz’altro il modo di far due conti (abbastanza)precisi.
Ti ringrazio in ogni caso.
Guido (si, anch’io mi chiamo Guido)
Duepassi
Stai facendo confusione mi pare, ma forse ho capito male io, comunque provo a spiegarti. Facciamo finta di avere un cubo pieno di co2; adesso raddoppio ciascun lato del cubo, ottengo un volume che e’ 2×2x2=8 volte piu’ grande, cioe 2^3 volte piu’ grande. Quindi se raddoppio TUTTE le dimensioni del cubo, il volume aumente con la terza potenza (quindi proprio col cubo!!!). Se invece raddoppio solo una dimensione (solo l’altezza), il volume aumentera’ solo di 2 volte, quindi linearmente e non in maniera cubica. Prova ad immaginare di riempire una vasca da bagno con l’acqua. Se per avere 10cm d’acqua me ne occorre una certa quantita’, per averne 20cm me ne occorre il doppio, non otto volte tanto.
Riguardo la saturazione, vai a questo link:
http://geoflop.uchicago.edu/forecast/docs/Projects/modtran.html
e gioca con la concentrazione di CO2. vedrai che se la raddoppi, la banda di assorbimento della co2 non raddoppia, ma comunque aumenta (guarda la potenza in uscita in alto a dx, se raddoppi la CO2 la potenza in uscita non si dimezza, ma diminuisce di qualche W/m^2).
Cordiali Saluti
Giovanni
@pellegrini
Ho visto il grafico all’attuale concentrazione di 375 p.pm.:
c’è una cosa che non mi quadra, all’equilibrio termico la riemissione dell’energia assorbita nella banda dell’infrarosso dovrebbe avvenire a frequenze maggiori (per la legge dello spostamento di Wien perchè maggiore è la temperatura T di equlibrio in seguito all’assorbimento) mentre il grafico rosso dell’osservazione sfora la curva blu a sinistra ovvero a frequenze più basse…non è strano?
a destra…
@Pellegrini
Scusami, vorrei capire bene.
Io ho uno strato alto x.
Chiamando ri e rf i due raggi, quello dove inizia lo strato (ri) e quello dove finisce (rf), l’altezza dello strato dovrebbe essere x = rf – ri, giusto ?
Che ne è del volume ? Il volume sarà la differenza Vx = (4/3)Ï€ (rf^3 – ri^3)
L’atmosfera che circonda la Terra non mi pare che sia fatta a forma di colonna, ma a forma di una sfera, a cui dobbiamo sottrarre la sfera interna costituita dalla Terra stessa.
(Questo considerando la Terra una sfera, ma le mie capacità di calcolo non arrivano al caso del geoide)
sbaglio ?
@duepassi
Si, le considerazioni sono più o meno esatte, però non è che noi decidiamo di aumentare intenzionalmente lo spessore della coperta di un certo spessore; semplicemente immettiamo Co2 e di conseguenza aumenterà indicativamente lo spessore della ‘coperta’ fino ad certa quota H; in realtà la Co2 si distribuisce uniformemente in p.p.m. (che è un misura relativa) su tutta la colonna d’aria atmosferica; per cui gli strati diventano più densi di Co2 e questo fa si che ad una certa quota, la dove prima la densità assoluta di Co2 era bassa da non assorbire radiazione termica terrestre (o cederla alle molecole di Azoto e Ossigeno) lasciandola sfuggire verso lo spazio, ora invece assorbe di più con conseguente maggiore riemissione verso Terra e conseguente alterazione del bilancio radiativo.
Se ti interessa invece sapere se la Co2 immessa dall’uomo è scarsa o meno basta semplicemente considerare l’incremento percentuale di ben 40% circa in p.p.m. che c’è stato negli ultimi 150 anni in seguito alla seconda rivoluzione industriale quando la Co2 di origne naturale, assieme agli altri gas serra atmosferici, operava già un’effetto serra naturale con lo stesso meccanismo.
Se ti interessa sapere invece se l’assorbimento infrarosso da parte della Co2 sia già saturo fino ad una certa quota H o meno, ammesso che lo sia (qualcuno dice si, qualcuno dice no) l’assorbimento della radiazione non assorbita avverrebbe comunque a strati più elevati con la solita riemissione verso terra e conseguente incremento del forcing radiativo.
Insomma è vero che di notte la Terra globalmente si raffredda, ma il meccanismo dell’effetto serra siffatto ne ritarda notevolmente il processo (inerzia radiativa) come dice anche Capogna.
@pellegrini
Ma poi c’è anche il fatto che all’equilibrio aumentando la concentrazione di Co2 il sistema assorbe di più portandosi ad una temperatura superuiore, ma a quel punto all’equiibrio dovrebbe riemette anche di più, non di meno come si evince invece raddoppiando la concentrazione.
In aggiunta inoltre aumentando la concentrazione di Co2 dovrebbe aumentare l’assorbimento nella banda infrarossa (la cui ampiezza è giusto che rimanga tale) ovvero dovrebbe scendere verso zero l’emissione in quella porzione dello spettro, mentre invece rimane limitata inferiormente alla curva di T=220K pari alla temperatura della tropopausa.
@galati
Non saprei proprio dirti, non e’ il mio campo pero’:
1) Mi pare che la curva di riferimento sia quella verde a 300K, infatti se metti tutti gli input a zero nel modello, le curve tornano
2) Mi pare che la temperature sia considerata fissa,quindi si considera un’emissione di corpo nero a 299.7K punto e stop per il modello cosi’ com’e’. Poi non saprei per la CO2, penso che sia plausibile che la forma della banda di assorbimento sia funzione della concentrazione,ma non ho l’esperienza per dirlo. Forse non va sotto i 220K proprio perche’ quella e’ la saturazione ad una determinata lunghezza d’onda, ma tiro a caso.
Cordiali Saluti
Giovanni Pellegrini
Qui il modello matematico del trasferimento radiativo:
http://it.wikipedia.org/wiki/Trasferimento_radiativo
@ DuePassi
Sono ben felice di fornire un paio di chiarimenti matematici:
1) Prendiamo proprio il volume V(x) che lei ha scritto, ma esprimiamolo esplicitamente in funzione di x, con x altezza dell’atmosfera, e raccogliamo ri^3 (raggio della terra) a fattore comune. Otteniamo:
V(x)=(4/3) Pi ri^3 * (((ri+x)/ri)^3 -1)
2) Ora x<<ri, essendo x circa 10km e ri circa 6500km. Espandiamo quindi in serie al primo ordine il termine ((ri+x)/ri)^3 e otteniamo che:
((ri+x)/ri)^3 ~ 1+3x/r1
3) Sostituiamo questa espressione in V(x) e otteniamo:
V(x)~(4 Pi r1^2)*x
Quindi la quantita' varia linearmente con lo spessore ed e' uguale alla superficie della sfera (4 Pi r1^2) moltiplicata per lo spessore del guscio (x). Ovviamente e' quello che ci si aspetterebbe, nel senso che la terra e' localmente piatta, sulla scala di spessore dell'atmosfera.
Cordiali Saluti
Giovanni Pellegrini
Da profano come sono ero solito pensare alla Terra come ad una sfera (un geoide, se vogliamo) e immaginavo un’atmosfera di forma anch’essa sferica, per cui mi sembrava (qualitativamente parlando) plausibile che un aumento di uno strato andasse comunque col cubo.
Lei (avevo tentato di usare il “tu”, come si usa un po’ dappertutto sul Web, ma visto che qui si usa il Lei mi adeguo) mi ha però dimostrato che, a casua della fortissima differenza dimensionale del raggio della Terra rispetto alla pochezza infinitesima dell’altezza della troposfera, la Terra è da considerarsi (mi corregga se sbaglio)una sfera piatta (localmente) e quindi il sottilissimo strato di atmosfera va considerato lineare, con buona pace delle mie idee cubiche, che devo mettere da parte, di fronte a calcoli fatti (e da me, malfidato, verificati) che mi confermano la validità della sua approssimazione. Ne prendo atto, com’è doveroso da parte mia.
Non le nascondo che non mi aspettavo una cosa del genere, ma ne terrò conto nei ragionamenti futuri.
Avrei ancora qualche curiosità (e qualche perplessità ), e Le sarei grato se mi aiutasse a chiarirle.
Lei ha parlato di uno strato di CO2 di 10 km, e quindi coincidente colla troposfera.
In che modo sono legate CO2 e troposfera ?
Le spiego la ragione della mia domanda. Se lo strato della CO2 coincidesse con la troposfera, e fosse ad essa legato per qualche ragione che ignoro (e che Lei potrebbe smentire o confermare) e tenendo conto che la percentuale della CO2 mi pare piuttosto bassina in assoluto, vorrei capire come farebbe allora lo strato ad aumentare… invaderebbe la stratosfera ? sposterebbe la tropopausa più in alto ? Di quanto ?
Che rapporto c’è dunque tra la CO2 e la sua collocazione fisica nell’atmosfera ?
Perché mi viene, da quanto detto, il dubbio che l’altezza dello strato non possa poi alzarsi più di tanto (tanto poco, immagino, ma le mie sono immaginazioni da profano), e quindi saremmo comunque al punto di partenza, più o meno.
La ringrazio in anticipo in ogni caso.
Mi sono preso qualche giorno di riflessione per tornare a sostenere la discussione in piena serenità .
@ Duepassi
Il mio grazie più sentito. Qualunque aggiunta al tuo post sarebbe del tutto pleonastico.
@ Pellegrini
“Usque tandem …… abutere …?â€
L’aspetto strettamente formale della riflessione del fotone potrebbe anche sfuggirmi ma non i fondamentali di tale processo il cui compimento si basa sulla conservazione simultanea della quantità di moto e dell’energia.
In quale maniera questi principi fondamentali e universali si applicano al fotone? Chi subisce il corrispettivo dell’urto elastico della Meccanica, il fotone particella o il fotone energia (considerato il loro comportamento duale) e come? Quale evoluzione e/o trasformazione subisce l’energia durante l’urto? Quale forma di energia prende il posto di quella potenziale elastica della pallina che accumula l’energia cinetica durante il suo arresto e la restituisce durante l’accelerazione in senso opposto? E’ possibile ipotizzare le equazioni del moto del processo ossia l’evoluzione di esso in funzione del tempo?
@ Galati
Propongo a questo punto una lettura fluidodinamica del trasferimento di energia radiante che ritengo degna di attenzione.
Mi sento legittimato a farlo per il comportamento duale dei fotoni che sono i nostri portatori di carica energetica; posso assumere che i fotoni (come i cugini fononi e gli elettroni) costituiscano un gas ideale la cui equazione di stato è rappresentata in termini del tutto generali dalla relazione
P = densità elementi dotati di qdm * quanto energetico del caso specifico
Per i fotoni si ha
P = F*(hv) = densità fotonica * quanto onda elettromagnetica = densità energia fotonica
Per i gas molecolari
P = (N°molecole/mc)*(kT) = densità energia termica sensibile
Per i fononi
P = F’*(hv)’ = densità fononica * quanto onda cristallo solido = densità energia fononica
In quest’ottica si può trattare il flusso di energia radiante come effetto derivato del flusso del gas fotonico ed in particolare inquadrarne il comportamento alla luce delle equazioni fondamentali degli stati di moto di un gas limitandoci alla forma molto semplice, valida per le condizioni di regime stazionario.
ContinuitÃ
Portata fotoni costante in tutto il campo di moto
F*u*A = cost.
Nel nostro caso, u è la velocità della luce (costante), il campo di moto è sferico, e quindi
F = cost/R^2.
Nel caso della radiazione IR terrestre la sola equazione della continuità è in grado di giustificare la diminuzione della temperatura da 288°K a 287.73°K passando da quota zero alla sommità della troposfera, ben poca cosa rispetto ai 70°K che si verificano realmente.
Quantità di moto
L’equilibrio dinamico delle forze in gioco richiede che, in presenza di una resistenza uniformemente distribuita, tra due sezioni generiche (1 e 2) del tubo di flusso distanti tra loro l sia verificata la relazione
P1-P2 = (F1-F2)*(hv) = R*l
ossia che
F1-F2 = R’*l .
Il moto degli elettroni e dei fononi nel solido sono entrambi di tipo viscoso, come viene confermato dalle leggi sperimentali di Ohm e di Fourier che sanciscono la linearità tra la forza motrice ed il flusso generato. Più che legittimo mi pare ammettere che sia anche di tipo viscoso il moto dei fotoni nella miscela dei gas che costituiscono l’atmosfera terrestre dal momento che il libero cammino medio è in questo caso di gran lunga superiore a quello nel reticolo cristallino dei solidi.
La differenza F1-F2 (e quindi anche T1-T2, legate tra loro nell’equazione di Planck) può assumere qualsiasi valore in base alla resistenza al moto che il flusso di fotoni incontra.
Quindi è l’equazione della qdm e non quella della continuità a giustificare il salto termico esistente nella troposfera terrestre.
Energia
Il flusso di energia è costante in ogni sezione del tubo di flusso. Con la legge di Fourier ne abbiamo la verifica sperimentale continua per il flusso dei fononi nel solido.
UNA DOVEROSA PRECISAZIONE. Tutto quanto sopra detto è valido purché il moto dei fotoni sia di tipo viscoso ossia che (prendiamo ancora in prestito termini dalla fluidodinamica) il moto sia decisamente laminare.
L’equazione di stato dei fotoni conferma che la densità non è una proprietà estensiva ma non evidenzia neppure la dipendenza qualitativa da un gas molecolare. Il tutto viene superato dalla relazione di Einstein più volte richiamata
F = cost/(N0/N1-1)
in cui
N0/N1 = exp(hv/kT)
è l’impronta digitale del gas. Cioè F è caratteristica qualitativa specifica di un determinato gas ed essa non dipende dalla massa di questo, ossia dalla sua concentrazione.
L’atmosfera di solo azoto ed ossigeno, perfettamente trasparente per l’IR e quindi con resistenza nulla al moto dei fotoni, trasmetterebbe senza problema alcuno tutta la potenza specifica della banda 15 micron nel rispetto dell’equazione della continuità (salto termico di appena 0.27°K).
La presenza della CO2 è causa della resistenza al moto dei fotoni e quindi del gradiente della densità fotonica (e della temperatura) necessario a vincerla. La deformazione del profilo termico verticale, che è dovuto a fattori interni al sistema atmosfera – superficie, deve avvenire a contenuto termico totale costante, ossia a temperatura media costante. Questa corrisponde a 255°K sia in assenza di CO2, che in sua presenza essendo (290+220)/2 = 255. In altri termini la CO2, nonostante sia presente con pochi ppm nell’atmosfera terrestre, ne determina il profilo termico verticale che ruota attorno al valore medio provocando l’innalzamento della temperatura sulla superficie e il suo abbassamento alla sommità della troposfera.
L’effetto serra naturale è questo.
Assorbimento
Fare riferimento alla banda di assorbimento della CO2 ci porterebbe fuori pista e non arriveremmo a nessuna conclusione perché la sua determinazione sperimentale la rende inapplicabile al caso in specie. Essa viene determinata usando fonti emittenti a temperatura di molto superiore ai 290°K della superficie terrestre, ossia con portate fotoniche troppo elevate le quali (ancora una similitudine fluidodinamica) comportano che lo stato di moto non sia più laminare ma decisamente turbolento. La turbolenza è causa degli urti dei fotoni con tutte le altre molecole (il numero di questi urti è senza dubbio una proprietà estensiva) e della termalizzazione della loro energia.
Una parte di essi potrebbe essere assorbita e riemessa dalla CO2 come viene affermato nel trasferimento radiativo. Ma la potenza specifica di 290°K non fornisce neppure un fotone per questo scopo, perché il flusso corrispondente di fotoni è decisamente laminare e si limita solo a garantire, con la suddivisione delle molecole della CO2 tra i primi due livelli energetici vibrazionali, il gradiente della densità fotonica necessario alla trasmissione dell’energia radiante.
Sarebbe estremamente importante ed interessante una verifica sperimentale al riguardo con misure spettrometriche di laboratorio che utilizzano una sorgente a temperatura ambiente. E’ possibile?
*** …. il fotone non ’sente’ alcun gradiente di temperatura, si propaga e basta secondo le Equazioni di Maxwell nelle quali non vi è nessun termine riferibile al gradiente di densità di energia…..
Ma le equazioni di Maxwell non sono le sacre tavole della Legge!
E’ vero che esse non fanno alcun riferimento al campo di moto delle onde elettromagnetiche; questo non significa tale campo sia inutile, dimostra solo che l’impianto formale è incompleto. Maxwell non ha mai avuto interesse a farlo, Poynting si è limitato a determinare la sola energia dell’onda.
L’impianto necessita di essere integrato possibilmente con trattazioni autonome di tipo elettromagnetico, che non sono alla mia portata, oppure mantenendo l’analogia fluidodinamica di cui sopra, naturalmente nelle forme e nei modi più consoni.
La mia analogia, mi pare, consente di trovare risposte senza che sia necessario alcun atto di fede cieca in qualcuno o qualcosa.
Accettiamo pure questa trattazione ‘fluidodinamica’ per i fotoni (approfondiremo in seguito meglio il concetto di quantità di moto per i fotoni che è una cosa pò atipica rispetto all’accezione della fisica classica).
Lei dice che l’accumulo energetico in atmosfera è dovuto alla resistenza all’irradiazione dei fotoni verso l’alto per effetto dei gas serra assorbenti in una situazione simile alla ‘viscosità ’ del mezzo nel caso fluidodinamico o come accade nella relazione della ‘conduzione termica’ di Fourier per effetto del ‘coefficiente di conducibilità ’ (l’effetto finale sarebbe dunque quello di un inerzia nel raffreddamento da irraggiamento, e fin quinulla di strano).
Viene da chiedersi allora perchè, se si aumentano le molecole causa della ‘viscosità ’ fotonica in atmosfera, ovvero i gas serra, non aumenta appunto la viscosità stessa…alias il coefficiente di conducibilità ?
Lei subito rigetta la cosa illustrando la relazione di Einstein, valida in primis per cavità laser, in cui l’accumulo di fotoni in un gas non dipende dal gas serra, ma diminuisce solo con la temperatura…
La domanda allora diventa: la temperatura T nella formula (variabile indipendente) da cosa dipende se non può essere conseguenza dell’assorbimento dei fotoni che è invece la variabile dipendente? Dalla termalizzazione dell’assorbimento dei fotoni sulle altre molecole di gas atmosferico?
P.S le equazioni di Maxwell non sono assiomi ovvero un ‘atto di fede’ perchè discendono da precise leggi sperimentali dell’elettromagnetismo di cui sono la perfetta sintesi teorica.
Sul fatto che siano incomplete dipende dal tipo di trattazione o approccio affrontato che non è di tipo corpuscolare/quantistico, ma classico/ondulatorio. Bisognerebbe dunque dare un’occhiata all’elettrodinamica quantistica.
Provi a pubblicare le sue idee o a proporle a qualcun altro esperto vediamo che succede.
LG
Insomma lei si è chiesto cosa accade al trasporto di fotoni di un’onda elettromagnetica (punto di vista quantistico) attraverso un materiale con una certa ‘conducibilità termica’, grandezza che è evidentemente conseguente a quella può essere quantisticamente chiamata ‘conducibilità fotonica’, in quanto il fotone interagisce con le molecole del mezzo (assorbimento o meno) come farebbe anche una particella dotata di massa…
Adesso è ben chiaro di cosa si tratta.
Comunque la trattazione microscopica tramite fotoni e ‘conducibilià fotonica’ non porta alle stesse conclusioni di quella macroscopica tramite il coefficiente di conducibilità termica (Fourier) poichè questo aumenta all’aumentare dello spessore o anche della densità del mezzo assorbitore.
pardon: della densità e basta…
…ed anzi il coefficiente di conducibilità diminuisce…
Ho infine 3 ultime domdande da farle, Sig.Capogna:
1) che pensa allora delle affermazioni di Fourier stesso, da cui discende l’equazione del flusso termico nonchè padre dell’effetto serra, secondo il quale l’aggiunta di Co2 provocherebbe l’innalzamento della temperatura media del pianeta?
2) perchè presa una piastra elettrica radiante riscaldata, la sensazione di calore irradiato diminuisce molto velocemente con la distanza, presumibilmente col quadrato della distanza? La cosa sembra in disaccordo con quanto dice lei…
3) che fino hanno fatto i calcoli di Arrhenius sulla ’sensitività climatica’ tanto per farci un’idea del procedimento fisico-matematico, più o meno valido, utilizzato dallo stesso?
@ Galati
Puntualizzazione: parliamo per favore di “lettura†fluidodinamica.
La presenza della CO2 in atmosfera è fuori di ogni dubbio causa determinante
- del gradiente termico verticale
- del gradiente della densità di energia radiante (Planck e/o Einstein)
- del gradiente della pressione fotonica (equazione di stato)
- di una resistenza uniformemente distribuita che contrasta il flusso del gas fotonico (quantità di moto).
Per l’equazione di stato del gas fotonico la densità energetica e la pressione fotonica non dipendono da nessun tipo di materia ma solo dalla densità dei fotoni immateriali (mentre nel gas molecolare entrambe sono proporzionali alla densità molecolare).
L’equazione di stato non dà tutte le risposte cercate perché non consente di legare il fenomeno alla CO2 che ne è causa evidente.
La risposta, che non è data neppure dalla formula di Planck le cui variabili indipendenti sono frequenza e temperatura, la troviamo invece nella relazione di Einstein che fa riferimento all’equilibrio radiazione-materia per un gas immerso in un campo radiante (senza altre condizioni). Si ottiene che il gradiente di pressione fotonica è causato dalla resistenza opposta dalla CO2 con un’azione solamente qualitativa, non quantitativa.
Nel mio post precedente avevo dato per scontato che il moto dei fotoni fosse laminare, atteso che risulta tale il moto dei gas di fononi e di elettroni nei solidi nonostante questi presentino liberi cammini medi molto più piccoli rispetto ai gas. Ma possiamo cercare altre giustificazioni.
La resistenza uniformemente distribuita e quindi i gradienti correlati sono proporzionali
- al prodotto (viscosità dinamica)*(velocità ) nel moto laminare
- al prodotto (densità )*(quadrato velocità ) nel moto turbolento, ossia alla portata di qdm.
La viscosità dinamica di un gas, contrariamente alla densità , non dipende affatto dalla pressione ed è funzione della sola temperatura (per l’aria ad esempio m/m0 = (T/T0)^0.75).
Confrontiamo i dati di Venere e di Terra.
Con una concentrazione prossima al 100% della CO2 e con l’enorme pressione ivi esistente (max 92 bar), il gradiente della temperatura nei primi 30 km di atmosfera è 11.5 – 12.7 °K/km con una temperatura media di 555°K. Lo stesso gradiente per Terra è di 6.5 – 7 °K/km con una temperatura media di 255°K, ma con una pressione parziale di alcune frazioni di millibar. La pressione di Venere è circa 250000 volte più grande di quella parziale della CO2 terrestre ma i gradienti della temperatura sono dello stesso ordine di grandezza. Anzi, se mettiamo in conto le temperature medie dei due pianeti, applicando la relazione sperimentale tra viscosità e temperatura valida per l’aria, otteniamo sorprendentemente
(6.57) * (555/255)^0.75 = 11.512.5
ossia i due pianeti presenterebbero in pratica gli stessi gradienti verticali della temperatura se avessero la stessa temperatura media e ciò nonostante le pressioni siano infinitamente diverse tra loro.
Anche Marte ha un’atmosfera di quasi sola CO2 ad una pressione che risulta circa 18 volte superiore rispetto alla pressione parziale della CO2 terrestre ed una temperatura media di 180°K. Il gradiente verticale della temperatura, pari a circa 4.5°K/km, è inferiore a quello terrestre. Esso non risente della maggiore pressione parziale della CO2, ma solamente della minore temperatura media. Mettendo in conto le temperature medie si ottiene
(6.57) * (180/255)^0.75 = 5.05.4
valori molto prossimi a quello reale.
Occorrerebbe chiudere completamente gli occhi all’evidenza per non prendere atto che la CO2 può aumentare come si vuole nell’atmosfera di un pianeta senza che vi siano conseguenze sul suo raffreddamento radiativo!
I fotoni termalizzano solo se si verificano urti e questo si verifica se lo stato di moto è turbolento. In questo caso il fenomeno dipende dalla densità del gas “contro il quale si cerca di fare un’azione di sfondamento fotonicoâ€, come avviene nelle applicazioni di spettrofotometria.
Nel moto laminare invece ogni singolo fotone esegue il suo slalom muovendosi nei liberi cammini medi che le molecole gli lasciano (senza sbattere contro nessuna di esse e risentendo solo delle loro azioni viscose a distanza) con “LA SEMPLICITÀ, LO STILE E L’ECONOMICITÀ CHE CONTRADDISTINGUONO I FENOMENI NATURALI†(G. Jarre).
Atteso che il moto dei fotoni e’ laminare, le chiederei alcuni chiarimenti:
1) Come definisce il libero cammino medio di un fotone?
2) Il fotone si muove in maniera curvilinea tra le molecole senza urtarle, se ho capito bene, e le sue deviazioni di traiettoria sono date da questa interazione viscosa. Ma questa interazione di che tipo e’: meccanico? Elettrodinamico? Potrebbe chiarire?
cordiali saluti
Giovanni Pellegrini
Le sue osservazioni mi hanno portato a riconsiderare un attimo la questione.
Analizzando l’interazione tra radiazione e molecola con dipolo permanente o indotto e ragionando in ambito puramente classico notiamo che:
- il campo elettrico esercita sul dipolo coppie di forze a risultante prevalentemente nulla che lo assoggettano ad oscillazioni forzate vibrazionali e rotazionali senza influenzare il moto del baricentro della molecola
- le forze esercitate dal campo elettrico sul dipolo ammettono in genere anche una risultante non nulla che costringe il baricentro della molecola ad eseguire un moto armonico trasversale rispetto alla direzione di propagazione dell’onda
- il dipolo è assoggettato anche alla forza generata dal campo magnetico che è concorde con il verso della propagazione dell’onda per entrambe le cariche elettriche.
Questi ultimi due moti delle molecole interagenti comportano perdite fluidodinamiche che vengono compensate a scapito dell’energia elettromagnetica della radiazione. In pratica si realizza una corrente convettiva selettiva nel verso della propagazione della radiazione (forse sarebbe più opportuno parlare di diffusione forzata) che riguarda solamente i gas interagenti con essa.
In condizioni di stazionarietà le perdite fluidodinamiche sono uniformemente distribuite e quindi la potenza specifica radiante decresce linearmente con la distanza percorsa nel mezzo, fatto peraltro confermato dal profilo lineare delle temperature in un’atmosfera planetaria. Resta comunque fatta salva l’indipendenza del fenomeno dalla pressione.
Questo pone in discussione la legge di Beer e Lambert ma non dimentichiamo che ciò viene fatto sistematicamente nelle attività di laboratorio in cui si è opera a pressioni molto basse che legittimano la sostituzione dell’esponenziale della formula dell’assorbimento con il suo sviluppo in serie troncato al secondo termine, ossia la legge lineare.
Viene posta in discussione anche l’analogia tra la trasmissione di energia radiante ed il calore e serve un ulteriore approfondimento.
I miei saluti.
Non posso che ammirare la pazienza con cui il collega Luca Galati tenta di far notare
Da quanto scritto qui posso capire che Capogna
- non ha chiaro il concetto di fotone (chiedendosi se rimbalza o meno, distinguendo il “fotone energia” dal “fotone particella”: sono la stessa cosa)
- non ha chiare le equazioni di Maxwell, e anzi le ritiene incomplete (perchè?)
- non ha chiari vari concetti legati al trasporto radiativo
Allora perché si mette a fare un modello di trasporto radiativo usando analogie fuorvianti (come quella del “moto fluido” dei fotoni)?
Non si tratta qui di contestare i suoi ragionamenti, sono le basi quelle che mancano. Io non so nulla di un sacco di argomenti, es. la storia medioevale o la filosofia di Hegel, ma non mi metto a discuterne proponendo teorie alternative a quelle canoniche sulla base di qualche intuizione.
Restando in tema, dal grafico del fattore serra ad occhio vedo che il forcing radiativo del CO2 è circa 50 W/mq (0.5W/mq/cm-1 per una larghezza della riga di circa 100 cm-1). NESSUNO dice che raddoppiando il CO2 ottengo un forcing aggiuntivo di altri 50 W/mq, ma se ricordo i numeri siamo attorno a 3. Questo avviene per due meccanismi:
- la riga si allarga, diventano più opachi “bordi” che prima erano relativamente trasparenti
- il CO2 assorbe a quote più alte, e quindi più fredde.
Entrambi i meccanismi sono MISURATI in dati sia da satellite che a terra. Mi sembra ci sia poco da discuterne, l’effetto serra dovuto al CO2 aggiunto è un fatto empirico.
Secondo l’IPCC il radiative forcing e’:
dF = 5.35*ln(C/C0) W/m^2
where C is the CO2 concentration in parts per million by volume and C0 is the reference concentration.
Fonte: Wikipedia e
http://www.ipcc.ch/pdf/assessment-report/ar4/wg1/ar4-wg1-chapter2.pdf
@ Comoretto
Mi sia consentita una precisazione.
A me non mancano i fondamentali del trasporto radiativo. Io contesto l’intero impianto del trasporto radiativo perché è basato sull’assunto che si possa trasmettere spontaneamente calore da un corpo freddo ad uno caldo mediante una radiazione di origine termica.
Ciò è in piena e netta contraddizione col secondo principio della termodinamica.
Se fosse vero avremmo scoperto il moto perpetuo … e ce ne stiamo con le mani in mano? … ci sarebbe da fare soldi a palate! … strano che nessuno ci abbia ancora pensato!
Meno importante dal punto di vista dei fondamentali ma non affatto secondario è che nel trasporto radiativo si ignorano completamente tutte le interferenze costruttive e distruttive ampiamente documentate nei numerosi risultati sperimentali con gli ondometri. Un’onda si propaga perché (Huygens) tutti i punti di un suo fronte emettono onde secondarie complete, tra loro coerenti ed in accordo di fase, il cui inviluppo forma il fronte d’onda successivo senza interferire con quello precedente. Le infinite onde secondarie interferiscono tra loro col risultato che il verso della propagazione resta unico e inalterato con la capacità di ricostruire il fronte d’onda a valle di eventuali piccoli ostacoli. Non compare nessuna onda retrograda se non quando l’onda principale viene riflessa da una parete estesa. Ponendo la sorgente a determinate distanze dalla parete riflettente si ottengono onde stazionarie.
Nello specifico la superficie terrestre non riceve di ritorno alcun flusso radiante riemesso dai gas serra, ma solo quello riflesso dalle nuvole, quando ci sono.
La trasmissione di energia radiante in atmosfera incontra, per alcune bande di frequenze, una certa resistenza che è la vera causa dell’aumento del salto termico in essa e conseguentemente dell’aumento della temperatura superficiale del pianeta, in piena analogia tra l’altro con la trasmissione per conduzione e convezione.
L’energia radiante viene parzialmente dissipata in calore a causa di perdite fluidodinamiche le quali, confrontando i dati di Venere, Terra, Marte, sono palesemente di tipo viscoso e quindi indipendenti dalla pressione e dalla densità dei gas.
Il ‘radiative transfer’ non rispetta tali fondamentali e pertanto le conclusioni alle quali perviene non sono per nulla attendibili.
Lei stesso conclude affermando che ‘l’effetto serra dovuto al CO2 aggiunto è un fatto empirico’ ossia non supportato da giustificazioni rigorosamente scientifiche (insomma roba da stregoni del villaggio in una tribù con l’anello al naso e la sveglia sull’ombelico).
Saluti.
PS. Le equazioni di Maxwell sono incomplete perché non considerano la trasmissione delle onde e.m. in un mezzo in presenza di fenomeni dissipativi.
Tornando alla questione esemplificativa-ideale delle due piastre a temperatura diversa T1 e T2 con T1>T2 poste una di fronte all’altra, ciascuna irradia indipendemente dalla presenza dell’altra verso l’altra in dipendenza della sola temperatura T (Legge di Stefan Boltzmann), in particolare quella a temperatura maggiore, ovvero più calda, irradia maggior energia verso quella a temperatura minore, ovvero più fredda, mentre quest’ultima irradia verso quella più calda meno energia. Il trasferimento NETTO di energia radiante (calore), inteso come differenza in modulo dei flussi energetici, è ovviamente dalla piastra calda a quella fredda preservando così il 2°principio della termodinamica. Raggiunto l’equilibrio termico le due piastre irradieranno versa l’altra lo stesso flusso di radiazione termica e la temperatura rimarrà dunque costante nel tempo per entrambe.
Lei invece sembra sconfessare questo semplice meccanismo appellandosi direttamente al 2° Principio della Termodinamica secondo il quale il calore passa da un corpo caldo ad uno freddo, e prendendolo alla lettera dimenticandosi però che questo potrebbe essere solamente l’effetto NETTO tra flussi di calore opposti.
A questo punto però, per validare o meno la sua teoria, sempre ragionando in maniera ideale, mi deve dire come fa la piastra più fredda a temperatura T2 ad “accorgersi” della presenza della piastra a temperatura maggiore T1, posta ad un certa distanza, quindi a “decidere” di non irradiare alcun flusso termico-radiativo verso questa per il noto 2°Principio della Termodinamica.
Urti tra fotoni? Gli urti tra fotoni sono previsti dalla teoria dell’Elettrodinamica Quantistica, ma, secondo i ben noti Diagrammi di Feymann, questi urti hanno probabilità di avvenire che è molto bassa e che diventa significativa solo per energia dei fotoni estremamente elevata ovvero fotoni di raggi X o raggi Gamma, non certo per fotoni termici.
Secondo la sua teoria inoltre un fotone non potrebbe nemmeno essere ’scatterato’ all’indietro da un strato atmosferico verso terra e questo certamente violerebbe anche la ‘Teoria dello Scattering’.
Inoltre piazzando un radiometro verso l’alto di notte non vedo come la misura della radiazione rilevata dovrebbe essere falsata dalla temperatura e dall’irradiazone circostante se, sempre in accordo alla sua teoria, non sarebbe possibile che qualsiasi oggetto materiale posto sopra il radiometro irradi verso il basso in quanto a temperatura minore del suolo. Il radiometro puntato verso l’alto non misura poi il flusso di radiazione orizzontale proveviente dall’esterno a pari quota del radiometro o dallo strumento stesso.
Quanto alla differenza Terra-Venere-Marte in termini di gradienti termici e concentrazioni di Co2 non ho il tempo, per il momento, di analizzare nel dettaglio la veridicità delle sue affermazioni.
Distinti Saluti
LG
Saluti,
Alla luce di questa sua frase :”Nello specifico la superficie terrestre non riceve di ritorno alcun flusso radiante riemesso dai gas serra, ma solo quello riflesso dalle nuvole, quando ci sono.” e delle implicazioni delle sue idee, gradirei una commento su questo grafico http://lidar.ssec.wisc.edu/papers/dhd_thes/img47.gif. Mostra la risposta spettrale di uno spettrometro a livello della superficie terrestre, puntato verso l’alto, in cielo sereno (radianza spettrale verso il basso).
Saro’ lento, ma qualcosa non mi torna.
Grazie,
Alessio
Dunque lei ritiene che:
- le equazioni del trasporto radiativo, quelle su cui si basa TUTTA la fisica che studio (modelli di evoluzione stellare, calcoli delle condizioni fisiche nelle nebulose, magnetoidrodinamica, …) sia sbagliata alla radice in quanto viola il secondo principio della termodinamica. E nessuno se ne sia mai accorto.
- le equazioni di Maxwell non siano applicabili in un mezzo dissipativo (e come fanno i fisici a trattare i mezzi dissipativi allora? Che equazioni usano)?
Questo mi chiarisce molte cose. Ma finché non avrà riscritto i libri di fisica, in modo che io possa studiarli nella versione corretta, temo di avere poco da dirle. MI stupisce solo, e molto, che non si dichiari apertamente queste cose all’inizio del blog: “questo blog ritiene che la fisica degli ultimi 120 anni sia basata su assunzioni fondamentalmente sbagliate”. Renderebbe la discussione molto piu’ chiara.
Inoltre, sebbene lei affermi che le ‘Equazioni di Maxwell’ siano “incomplete” in quanto non contemplanti il caso della “TRASMISSIONE” delle onde e.m. in un mezzo in presenza di fenomeni dissipativi, le ricordo che su tutti i libri di Elettrodinamica Classica esiste eccome il caso della “PROPAGAZIONE” delle ‘Onde Elettromagnetiche’ ( generate a monte da sorgenti elettromagnetiche) in “MEZZI DISSIPATIVI”, che rispetto al caso classico del vuoto ‘non dissipativo’ semplicemente introduce nel fattore di ampiezza del campo un tipico fattore d’ATTENUAZIONE ESPONENZIALE negativo dipendente dalla natura del mezzo considerato.
Saluti
Ma sarà mai possibile che nella valutazione dell’energia media trasferita di un impianto solare termico non compaia la temperatura media di esercizio del pannello ?
Impossibile leggere tutto quanto è stato scritto perché mi servirebbe un altra vita, ma così ad occhio direi che si tratta di ciarpame condito da fumosa pseudo-scientificità …
Probabilmente sul suo blog è abituato a commentare in questo modo. Qui, a casa nostra, non funziona proprio così. Se ha voglia e le capacità di aprire un serio contraddittorio è il benvenuto, altrimenti si limiti alle prime due righe, perchè poi è uscito dal seminato.
Saluti,
CG
@ Galati
Il 2° principio della termodinamica ha per me maggior valore anche della verità rilevata.
Piastre affacciate.
Il ricorso alla discretizzazione di un fenomeno fisico complesso nei suoi componenti elementari e la determinazione dell’effetto complessivo mediante il principio di sovrapposizione (se la linearità lo consente) è un procedimento di indubbia utilità ai fini della comprensione e soprattutto dell’esecuzione dei calcoli relativi. Nella realtà però i fenomeni componenti agiscono simultaneamente e l’effetto complessivo è dovuto alla risultante di tutte le azioni esercitate.
Nello specifico, in ogni punto dello spazio compreso tra le due piastre esistono due vettori d’onda aventi la stessa direzione e verso opposto ed il trasferimento di energia è determinato dalla loro risultante.
– Nel caso di temperature uguali (risultante nulla) non si ha propagazione e l’onda risultante è stazionaria. L’energia non viene trasmessa ma resta accumulata uniformemente, pronta a fluire appena se ne presenti la necessità .
– Nel caso di temperature diverse, la risultante provoca la propagazione dell’onda verso la piastra più fredda. Questa subisce semplicemente la legge del più forte. Non gli è consentito minimamente di decidere se emettere o no. Deve solo ricevere.
Tutto è così disarmantemente lapalissiano.
Rileggo il tutto sotto l’aspetto fluidodinamico. L’onda si comporta come una tubazione che collega due serbatoi contenenti un dato fluido. Se le pressioni nei due serbatoi sono uguali non si ha portata e la condotta è tutta alla stessa pressione. Se in uno dei due serbatoi la pressione cala si instaura una portata che trasporta, assieme alla materia, una potenza specifica che in ogni sezione è data dal prodotto della pressione (densità di energia) per la velocità . In questo caso però nessuno sostiene che nella tubazione esistano due correnti distinte e che il risultato complessivo sia ottenuto come saldo netto delle rispettive portate.
Nel post precedente parlavo della propagazione della radiazione IR Terra-Spazio come inviluppo di infinite onde secondarie emesse dal fronte d’onda precedente. La riflessione e la diffusione IR sono altra cosa e seguono il loro corso. Esse si propagheranno se i loro centri di emissione di onde secondarie sono sufficientemente numerosi per dare vita ad un proprio fronte d’onda organizzato. Ma in questo caso l’energia da considerare non è certamente quella che entra in gioco nel processo di eccitazione/diseccitazione vibro-rotazionale delle molecole interagenti con la radiazione, come invece viene assunto nel trasferimento radiante. Non credo che le due cose abbiano nulla da spartire e non mi pare di avere mai confuso le une con le altre.
@ Alessio
Ho preso visione del lavoro di De Slover ‘’Analysis of Visible and Infrared Cirrus Cloud Optical Properties Using High Spectral Resolution Remote Sensing’’.
La didascalia della figura indicata (è la prima in assoluto della pubblicazione) non precisa che le misurazioni siano state fatte a cielo sereno. Tutto lascia presumere che inerisca all’argomento trattato. Mi sbaglio?
Per il resto vale quanto precisato al comma precedente.
@ Marani
Significativo esempio di un cervello che fatica a stare dietro ad una lingua.
Cordiali saluti.
Grazie della risposta, ma non liquiderei il discorso cosi’ in fretta: gliene posto un’altra, cielo sereno, atmosfera secca, musurata a Reno(NV) http://patarnott.com/atms749/images/MeasuredRadianceReno.jpg
Domanda: perche’, come nell’altra (a prescindere dalla presenza di cirri alti, che comunque in quel caso non ci sono, lo si vede bene dallo spettro), in corrispondenza del centro della banda di assorbimento della CO2 (attorno a 670cm-1 o 15 micron) la brightness temperature e’ vicina alla temperatura misurata al suolo? E perche’ lo e’ anche nella banda di assorbimento vibro-rotazionale della H2O (tra i 1500 e 1700 cm-1, circa 6 micron)?
E perche’ la radianza e’ minima in corrispondenza della finestra atmosferica?
Mi pare sia una coincidenza interessante con i modelli di trasferimento radiativo che considerano i processi di assorbimento e riemissione dei gas atmosferici…
1) le equazioni di Maxwell sono LINEARI e quindi per esse vale il ‘Principio di Sovrapposizione’. In virtù di tale principio due onde di diversa ampiezza e direzione di propagazione opposta passano una sull’altra interferendo tra loro, ma in modo tale che a grande distanza nelle due direzioni di propagazione tornano a mostrarsi singolarmente.
L’analogia fluidodinamica, ovvero la presunta generazione di una ‘risultante’ che si propaga in una sola direzione secondo la differenza di energia, non sta quindi in piedi perchè i fotoni seguono il principio di sovrapposizione ovvero non hanno massa e gli urti tra fotoni a diversa energia sono assolutamente proibiti nel campo termico dall’Elettrodinamica Quantistica nota per essere il ‘gioello’ della fisica per le sue accurate previsioni.
2) quando la teoria è dubbia o suscita dubbi di aiuto ai problemi teorici ci sono gli esperimenti fisici ovvero nella fattispecie quello del radiometro puntato verso l’alto, esperimento assolutamente da fare per provare o meno la sua teoria oppure la mia…
Saluti
Ho guardato più a fondo il lavoro di De Slover ed ho avuto la conferma che la Fig.1 indicata da Alessio riporta la radianza in presenza di nuvole. Le successive Fig. 34-35-36 contengono il confronto tra le radianze a cielo sereno e nuvoloso nell’intervallo 760-1250 cm-1. Ad occhio i valori delle curve stanno nel rapporto 1/7-1/10.
In tal caso sembrerebbe che a cielo sereno la brightness temperature sia vicina ai valori della tropopausa.
Ma questo ragionamento sta diventando fuorviante perché le radianze misurate sono quelle assolute e non servono a dare una risposta valida.
Non metto in dubbio che i gas atmosferici irradino verso lo zero assoluto.
Quello che contesto è che esista una radianza dell’atmosfera relativa alla superficie terrestre. La sola ipotesi che la superficie usi l’atmosfera per riscaldarsi (fosse vero!) é termodinamicamente inammissibile.
Una risposta credibile potrebbe venire da una misura radiometrica che misuri direttamente il saldo netto del calore scambiato, fatta quindi con una cella calorimetrica termostatata mantenuta alla temperatura della superficie terrestre. Sarebbe possibile?
A me non sembra fuorviante: lei ha detto che “Nello specifico la superficie terrestre non riceve di ritorno alcun flusso radiante riemesso dai gas serra, ma solo quello riflesso dalle nuvole, quando ci sono.†e il fatto che venga misurata una radianza verso in basso anche in cielo sereno (tra l’altro anche in finestra atmosferica, che non è completamente trasparente essendo affetta da alcune righe di assorbimento e soprattutto dal continuo dell’H2O: al variare del contenuto di vapore d’acqua la radianza verso il basso misurata in finestra varia, ripropongo questo per giocarci http://geoflop.uchicago.edu/forecast/docs/Projects/modtran.html) mi porta a non capire piu’ che altro volesse dire con quella frase.
Risulta piuttosto oscuro anche affermare “contesto che esista una radianza dell’atmosfera relativa alla superficie terrestre”: che esiste una radianza verso il basso e dunque un flusso radiativo (o radianza integrata in frequenza ed angolo solido, aka irradianza) mi sembra abbastanza assodato.
Inoltre, se non c’e’ emissione verso il basso, come è possibile che un interferometro al suolo misuri radianze verso il basso che nella banda di assorbimento dell’H2O e della CO2 corrispondono a brightness temperature vicine a quella della posizione dell’interferometro stesso (atmosfera opaca)?
P.S and O.T.: in ogni caso, non avevo intenzione di portare l’attenzione su quel lavoro. Mi interessava la figura 1. Se non è chiaro se sia in cielo sereno o meno, si puo’ usare quella che ho indicato nel post precedente, il discorso non cambia: sono le bande di assorbimento di CO2 e H2O importanti, e non risentono della presenza di cirri at alta quota quando si punta un interferometro verso l’alto.
Per capire, comunque: dove si dice che la misura è stata presa in presenza di copertura da nubi di ghiaccio? Se confronto la figura 1 con la 35 noto che i valori misurati in presenza di cirri sono ben maggiori di quelli misurati in cielo sereno (inferiori a 20 mW/m2/cm-1/sr a 950cm-1 come in figura 1). Se la figura 1 fosse in presenza di consistenti spessori ottici di nubi di ghiaccio, queste dovrebbero essere ad un livello atmosferico attorno ai 200K, valore poco consono alla tropopausa di atmsfere delle medie latitudini come quella di Madison,WI. Dalla figura 10 il segnale di backscatter del LIDAR mostra un segnale di nube attorno ai 10km, dalla figura 19 si nota che a quel livello la temperatura è sui 220-230K, che è piu’ vicino a valori di radianza sui 25 mW/m2/cm-1/sr a 950cm-1 in fig 1. Saprebbe dire con certzza che la radianza misurata in finestra in figura 1 è dovuta a presenza di sottili cirri o ad un profilo piu’ umido rispetto a quello della misura a Reno,NV del post precedente?
A.
Per il modo in cui sono effettuate le misurazioni, le radianze assolute dirette verso il basso in atmosfera non danno il flusso termico che la superficie terrestre riceve realmente, ma quello che essa riceverebbe se si trovasse nelle condizioni strumentali ossia se avesse la stessa temperatura di circa zero Kelvin della cella di misura.
Se si modifica il set point della pompa di calore con la quale si abbassa e mantiene la temperatura della cella calorimetrica, facendola funzionare alla temperatura della superficie terrestre, non si misurerebbe nessuna radianza collegata in qualche modo a quella emessa perché la cessione spontanea di calore è un processo ASSOLUTAMENTE IRREVERSIBILE per il 2° principio della termodinamica.
Il riscaldamento della superficie consegue solo alla necessità di dovere smaltire il calore assorbito in presenza della resistenza termica dell’atmosfera; questa rappresenta in pratica una maglia di lana indossata dalla Terra per non avere freddo.
Una analogia. Un misuratore di portata semplicemente immerso sul fondo di un serbatoio pieno d’acqua non segnala alcun flusso. Se, con una pompa, riduciamo la pressione nella sua bocca di scarico, il misuratore segnalerà un flusso che però non esiste a pompa ferma.
In ambedue i casi i flussi segnalati sono una evidente creazione dello strumento misuratore.
Per la condizioni con/senza nuvole ho fatto riferimento alla Fig.36, ascissa 1200 cm-1: la curva superiore e la Fig.1 hanno radianze identiche.
Nelle Fig. 34-35-36, stranamente, non sono più riportate le brightness temperature, come per la Fig.1. Penso si tratti di una scelta voluta perché i loro valori sarebbero risultati ‘poco consoni alla tropopausa’. Sarà servito per coprire eventuali inattendibilità strumentali?
1) le brightness temperatures assumo lei se le sappia ricavare data una
radianza e la lunghezza d’onda alla quale questa e’ misurata.
2) di nuovo: se non va bene la figura, c’e’ sempre questa
http://patarnott.com/atms749/images/MeasuredRadianceReno.jpg per la
quale mi deve ancora rispondere del perche’ vengano letti valori di
radianza verso il basso diversi da zero in parti dello spettro
corrispondenti a bande di assorbimento dei gas atmosferici.
3) se per lei la curva superiore di fig 36 (radianze in presenza di
cirri) e’ identica alla radianza mostrata in figura 1 a 1200cm-1, bene:
mi sa stiamo parlando di due film diversi. Io leggo sui 12 mW/m2/sr/cm-1
per il caso cirro, sui 5 in fig 1. Propongo un giochino: calcoliamo la BT corrispondente a 12 e a 5 mW/m2/sr/cm-1 a 1200cm-1 e vediamo che
risulta? Io un’idea la ho… Che mi dice della radianza a 950cm-1? Poi la possiamo chiudere che credo siamo off topic.
“Per il modo in cui sono effettuate le misurazioni, le radianze assolute
dirette verso il basso in atmosfera non danno il flusso termico che la
superficie terrestre riceve realmente, ma quello che essa riceverebbe se
si trovasse nelle condizioni strumentali ossia se avesse la stessa
temperatura di circa zero Kelvin della cella di misura.Se si modifica il set point della pompa di calore con la quale si abbassa e mantiene la temperatura della cella calorimetrica, facendola funzionare alla temperatura della superficie terrestre, non si misurerebbe nessuna radianza collegata in qualche modo a quella emessa”
!? Si sta parlando di un interferometro, no di una cella calorimetrica (che non misura radianze). E ricordo che stiamo parlando di trasferimento radiativo, aka per energia elettromagnetica, o fotoni e non di flussi termici: la teoria del calorico è un tantinello desueta.
“In ambedue i casi i flussi segnalati sono una evidente creazione dello strumento misuratore.”
Non so se si rende conto dell’assurdità dell’analogia tra un interferometro ed unla misura di portata in un bidone di acqua….
Mi faccia capire, un interferometro rileva qualcosa solo perche’
stabilizzato a bassa temperatura, ma il resto dell’atmosfera e la
superficie terrestre no? credo lei si riferisca a questo suo pensiero di
qualche post fa “– Nel caso di temperature diverse, la risultante
provoca la propagazione dell’onda verso la piastra più fredda. Questa
subisce semplicemente la legge del più forte. Non gli è consentito
minimamente di decidere se emettere o no. Deve solo ricevere.
Tutto è così disarmantemente lapalissiano.”
Cioe’ l’interferometro “catalizzerebbe” quello che misura perche’ e’ a
temperatura piu’ bassa!?
Domande:
1) cosa regola la temparatura della piastra che lapalissianamente riceve
e basta, se questa fosse nel vuoto e visto che non puo’ emettere? (provo ad immaginare la risposta, ma ammetto di non aver chiaro il suo pensiero: suppongo che la piastra che emette, emetta meno approcciandosi il “ricevente” alla temperatura dell’emettitore, fino a “spegnere l’emissione”…)?
2)ha mai usato un termometro ad infrarossi (quello e’ a temperatura
ambiente) provando a puntarlo verso un freezer aperto? Se misura qualcosa che corrisponde ad una temperatura di brillanza, significa che l’oggetto freddo sta emettendo qualcosa verso il termometro…e lo fa continuamente….dove va a finire quello che emette (fotoni)?
3)la parte del pianeta Terra che guarda il sole ovviamente non emette nulla perchè la legge del più forte la forza a ricevere e basta, mentre la metà opposta della sfera emette perchè è esposta allo spazio che è più freddo….E’ giusto?
“Penso si tratti di una scelta voluta perché i loro valori sarebbero
risultati ‘poco consoni alla tropopausa’. Sarà servito per coprire
eventuali inattendibilità strumentali?”
Ottimo l’accenno al truffaldino atteggiamento degli autori. Come già detto, la temperatura di brillanza se la puo’ calcolare da solo dal grafico.
A.
@Michele Capogna
Gentile Capogna, mi scusi, ma avrei bisogno di alcuni chiarimenti.
Lei chiama spesso in causa, a mio avviso in maniera inappropriata, il 2 principio della termodinamica. Lei e’ al corrente delle origini microscopiche e probabilistiche di tale principio? E’ al corrente del fatto che esso dice fondamentalmente che un sistema evolve da uno stato improbabile ad uno stato probabile? Ha familiarita’ con il concetto di macrostato e microstato? Il secondo principio non dice altro che un sistema evolve da un macrostato che occupo un piccolo volume nello spazio delle fasi, ad uno stato che ne occupa di piu’. Essendo l’entropia proporzionale al logaritmo del numero di microstati, o analogamente al logaritmo del volume occupato dal sistema nello spazio delle fasi, il secondo principio segue naturalmente. Le altre formulazioni del secondo principio (flusso di calore in assenza di lavoro solo da corpo caldo a corpo freddo) sono semplicemente formulazioni equivalenti.
Ovviamente il secondo principio non e’ un totem, per sistemi piccoli e su scale temporali brevi il secondo principio puo’ essere violato, e ve ne e’ dimostrazione sia teorica sia pratica. Si veda:
http://prl.aps.org/abstract/PRL/v89/i5/e050601
Le suggerisco di dotarsi di qualche buon libro di meccanica statistica (glie ne posso procurare alcuni di ottimi molto volentieri), per approfondire la natura microscopica del secondo principio, e si rendera’ conto di evocarlo erroneamente. Le suggerisco anche questa ottima lectur online dell’universita’ di princeton:
http://www.youtube.com/watch?v=DaDeF21kmMo
Cordiali Saluti
Giovanni Pellegrini
@ Alessio
La strumentazione AERI utilizzata per le misurazioni in questione, di cui al link seguente
http://cimss.ssec.wisc.edu/aeri/instrument/calibration/sld005.htm
è costituita per la parte di testa dalla sezione interferometrica che non svolge alcuna misura, per quella terminale dalla cella calorimetrica costituita da una cavità equipaggiata con sensori di temperatura e conformata a dewar con l’intercapedine esterna mantenuta a 77°K .
Si tratta in pratica di un termometro che misura la temperatura di equilibrio termico della cavità che è riscaldata da una parte dalla radiazione proveniente dall’interferometro, raffreddata dall’altra dal vapore dell’elio fatto gorgogliare nell’intercapedine esterna.
In effetti una pompa termica aspira calore da un bidoncino. Non vedo alcuna differenza col bidone in cui una pompa idraulica aspira acqua. Entrambe servono a generare il flusso che si vuole misurare. Senza le pompe non avremmo flusso in entrambi i casi.
E’ da rilevare che la radianza assoluta non viene misurata ma ricavata via software.
Una domanda. Se l’intercapedine del dewar fosse mantenuta alla temperatura della superficie terrestre anziché a 77°K il salto termico nella parete della cavità di misura rimarrebbe inalterato?
La mia risposta è già nota.
Saluti.
…se il dewar fosse mantenuto a temperatura della superficie terrestre avrei un rapporto segnale/rumore da schifo. Ecco perchè è raffreddato. Non per levare il tappo dal bidone. Ma ne esistono anche di non raffreddati (come molte altri sensori per lunghezze d’onda infrarosse) tipo questo http://www.atmos-chem-phys-discuss.net/6/4061/2006/acpd-6-4061-2006-print.pdf che è stabilizzato a 25°C e la calibrazione in-flight la fa con 2 corpi neri uno a 80°C e uno a 20°C. Quest’ultimo secondo lei sarebbe inutile perchè soggetto alla legge del più forte. Tra l’altro, nel paper si mostrano spettri in cui vengono rilevate temperature di brillanza sui 217K…Come è possibile, se il detector dell’interferometro è stabilizzato a 298K?
E’ ovvio rilevare che uno spettro da un ‘interferometro deve essere ricavato dato che lo strumento ne fornisce la trasformata di Fourier (interferogramma).
Rimangono inesplorate le domande che posi più sopra.
Saluti.
@ Pellegrini
Mi spiace doverla contraddire ma a mio parere è proprio il suo intervento ad essere inappropriato.
Cito a memoria. L’entropia di un qualsiasi sistema è stata assunta da Boltzmann essere proporzionale al logaritmo della probabilità massima che le N molecole del sistema stesso hanno di distribuirsi nelle M cellette disponibili. La meccanica quantistica ha solo modificato il calcolo di tale probabilità per ottenere l’estensività dell’entropia. Ma posso anche sbagliarmi.
Personalmente ho sempre preferito considerare l’entropia come l’inverso della capacità che un sistema possiede di scambiare energia e quindi ad evolvere. Condizione questa indispensabile perché l’universo viva.
Questi formalismi però non ci portano da nessuna parte.
Ad avere tempo e possibilità cercherò comunque di utilizzare i suoi consigli per i quali la ringrazio. Sono convinto che c’è sempre da imparare nella vita.
”Le altre formulazioni del secondo principio (flusso di calore in assenza di lavoro solo da corpo caldo a corpo freddo) sono semplicemente formulazioni equivalenti.’’
Ma i miei richiami al 2° principio sono stati fatti sempre esclusivamente in quest’ambito. Dove starebbe allora la mia mancanza di proprietà ?
@ Alessio
A mio parere se il dewar fosse mantenuto alla temperatura della superficie terrestre si avrebbe solo rumore di fondo per assenza di segnale.
Nel tipo di interferometro in questione (adotto anch’io la parte ottica per il tutto per uniformare il nostro linguaggio) non vedo quale difficoltà possa esserci a rilevare una temperatura di 217°K con il detector termostatato a 298°K. La cavità della sezione di misura è uno scambiatore di calore conformato a dewar la cui intercapedine è mantenuta a temperatura costante. Nella camera interna viene raggiunta e misurata la temperatura di equilibrio che vi si instaura quando il flusso radiante e quello termico dovuto al salto termico tra camera ed intercapedine sono uguali tra loro.
Se la cavità viene riscaldata dalla radiazione, la sua temperatura di equilibrio è al di sopra dei 298°K e l’intercapedine funge da refrigeratore: la cavità ASSORBE.
Se invece la cavità viene raffreddata dalla radiazione, la sua temperatura è al di sotto dei 298°K e l’intercapedine funge da riscaldatore: la cavità EMETTE.
Ciò mi sembra del tutto evidente a meno che non si voglia sostenere che la radiazione, oltre ad entrare nella cavità in contrasto con il gradiente termico, sia anche in grado di raffreddarla. Tale situazione sarebbe doppiamente assurda. Le pare?
I miei saluti.
“Se la cavità viene riscaldata dalla radiazione, la sua temperatura di equilibrio è al di sopra dei 298°K e l’intercapedine funge da refrigeratore: la cavità ASSORBE.”
Bene, corretto. Ma lei non sosteneva che nella condizione di due piatti a temperature diverse, quello “freddo” riceve e basta mentre quello “caldo” emette e basta, data l’unilateralità del “flusso termico” tra i due oggetti?
Se accetta la condizione dell’interferometro che rileva radiazione incidente pur essendo a temperatura inferiore dell’oggetto di cui sta misurando la radianza (in questo caso ad esempio il corpo nero di calibrazione a 20°C) deve anche ammettere che quest’ultimo emetta nell’angolo solido rilevato dallo strumento. Il che non ha a che fare con violazioni del 2 principio.
Resto sempre in attesa di chiarimenti in merito alle domande di 2 post fa, (quella del termometro ad infrarossi la abbuono essendo in parte discussa qui).
Cheers,
A.
Credo sia inutile, dopo 190 commenti, ma provo lo stesso a ripetere la cosa.
In uno scambio termico, il flusso di energie e’ (praticamente) sempre BIDIREZIONALE. Solo il flusso NETTO va dal corpo caldo a quello freddo. Questo vale anche per scambi termici
Nel caso del trasporto radiativo (esempio delle due piastre, supponiamo nere per semplicita’) il flusso e’ dato dallo spettro di Plank, o dalla relazione di SB, per ciascuno dei due corpi. Le due piastre non sanno cosa hanno di fronte, irradiano e basta, e se arriva energia la assorbono (essendo nere, al 100%).
Se mettiamo le piastre abbastanza lontane, dovremmo ipotizzare, altrimenti, che gli atomi della piastra “sanno” che dopo un tempo D/c la’ di fronte ci sara’ un’altra piastra ad assorbire la radiazione emessa.
Il secondo principio della termodinamica ovviamente e’ salvo, fatti i conti della radiazione emessa ed assorbita il flusso complessivo sara’ nella direzione giusta (e’ proprio da quello che abbiamo la legge di emissivita’ di un corpo non nero). Ma nel calcolo dei flussi radiativi devo tener conto di tutti, incluso quello dal corpo freddo a quello caldo.
In caso contrario nello spazio tra due piastre alla stessa temperatura, o dentro una cavita’ a una temperatura costante, o al centro del Sole in condizioni sostanzialmente isoterme, non avrei radiazione (verrebbe rapidamente assorbita dalle pareti). Invece c’e', e anche tanta, al punto da creare (nel caso delle stelle) una pressione non trascurabile. Quindi le pareti, le piastre, ecc. devono emettere continuamente radiazione (e assorbirne in egual misura).
Se non e’ chiaro questo e’ inutile continuare a discutere, stiamo parlando di una fisica diversa da quella che si insegna a scuola.
@Administrators e vari amici
Ma sono solo io a percepire questa discussione come grottesca e pseudoscientifica? Nessuno se ne accorge proprio, che ne so, Mariani, Georgiadis, Gravina…Qui si fa strame di elettrodinamica classica, meccanica quantistica, termodinamica, meccanica statistica, e poi si fanno le pulci agli altri…chiedo scusa dello sfogo, ma non e’ proprio possibile che nessuno se ne accorga.
Cordiali Saluti
Giovanni Pellegrini
E’ grottesca. E triste. E non so perchè mi ci sono imbarcato sinceramente. Ma è diventata un po’ una cosa di principio e un po’ di curiosità sociologica. Fino a che punto davvero si riesce a spingere la visione distorta della fisica del trasferimento radiativo che così tranquillamente viene qui proposta? Si vede che qui è accettata per il solo fatto che va contro la “fisica preconcetta che ci vogliono fare credere” (tra le prime regole per un corretto pensiero alternativo: fidarsi dell’intuizione chè studiare troppo fa male)
Ho paura che la tattica del “prendere per sfinimento” possa alla lunga dare i risultati voluti..
È la cosa che sorprende pure me. Non ho dubbi che una persona possa non capire il secondo principio della termodinamica, e fare affermazioni grottesche basandosi su questa incomprensione. È perfettamente possibile che uno non se ne accorga. Ma dopo che la cosa è stata discussa per 180 post, da gente che con quelle equazioni ci lavora tutti i giorni in campi non sospetti come l’astrofisica, forse qualche dubbio potrebbe venire?
Anch’io sono curioso. Curioso perché non me ne intendo di climatologia, e voglio capire fino a che punto una persona può inseguire teorie evidentemente grottesche pur di sostenere una tesi.
‘Sapiens, ut loquacitur, multo prius …..’
E’ tutta questione di buon senso che, sembra si voglia contraddire per partito preso.
Chiarisco perché ho l’impressione di non essere stato chiaro nei post precedenti e lo faccio con un esempio da termotecnico alla luce del buon senso comune.
In una cella frigorifera pareti e soffitto determinano la costanza della temperatura di cella (250K). Il pavimento è un pannello al cui interno circola una portata fissa di fluido termovettore del quale misuro il salto termico.
Caso 1: il fluido termovettore fluisce a tutto ricircolo. All’equilibrio termico tutto è a 250K, il salto termico del fluido nel pannello pavimento è nullo, non vi è alcun flusso termico tra pavimento e pareti.
Caso 2: temperatura di mandata del fluido 300K. Si instaura un nuovo equilibrio termico. Il pavimento è ad una temperatura compresa tra 250K e 300K, comunque >250K, il pavimento cede calore alla cella come confermato anche dalla temperatura di uscita del fluido termovettore (<300K).
Caso 3: temperatura di mandata del fluido 100K. Si instaura anche in questo caso un nuovo equilibrio termico. Il pavimento è ad una temperatura compresa tra 250K e 100K, comunque 100K).
Risulta evidente che i flussi termici non esistono per conto proprio ma solo se provocati dal pavimento della cella (leggasi cella calorimetrica dell’interferometro 77K oppure 298K usato) mediante una distorsione del campo termico.
Se tutto ciò è in contrasto con il trasferimento radiativo, devo ritenere che sia dovuto al fatto che è il trasferimento radiativo ad essere in contrasto con il buon senso comune.
@Capogna
Vediamo cosa mi dice di questo:
http://www.skepticalscience.com/empirical-evidence-for-co2-enhanced-greenhouse-effect.htm
@Luca
Purtroppo con grafico di Evans (o simili) ci ho gia’ provato e attendo risposta (post del febbraio 23, 2010 alle 1:29 am). Ma grazie per risollevare la questione della downwelling radiance. A quando ho capito, il problema e’ che apparentemente la radianza misurata dallo strumento e’ un artefatto dello strumento stesso, essendo questo a temperatura diversa dell’oggetto/strato atmosferico che provvede alla radianza…..piu’ o meno, ma confesso il pensiero generale di Capogna mi e’ tutt’ora difficile. Chiedo perdono ma sono duro di comprendonio….
@Capogna
Non ho capito se la risposta che prende in esame il funzionamento di una cella frigorifera (parlando di altri tipi di trasferimento di calore, mentre noi si parlava di trasferimenti per via radiativa) e’ un si a questa domanda (ok, in forma affermativa) che posi:”Se accetta la condizione dell’interferometro che rileva radiazione incidente pur essendo a temperatura inferiore dell’oggetto di cui sta misurando la radianza (in questo caso ad esempio il corpo nero di calibrazione a 20°C) deve anche ammettere che quest’ultimo emetta nell’angolo solido rilevato dallo strumento (indipendentemente dalla temperatura del rilevatore stesso, aggiungo). Il che non ha a che fare con violazioni del 2 principio.”
Saluti,
Alessio
Ho letto con attenzione quanto propostomi.
I primi commenti chiariscono i termini della questione.
Trattasi di una disinvolta riduzione e rielaborazione alla ”Cicero pro domo sua” dei due lavori citati. Mi limito a prenderne atto.
Circa i contenuti convengo con quanto già detto ancora nei commenti: dai risultati numerici, primi in assoluto, rileviamo solo una contemporaneità di eventi sui quali è del tutto prematuro trarre conclusioni affrettate e soprattutto azzardate.
Tra l’altro a questo punto nessuno vieterrebbe di pensare come causa dell’incremento dell’effetto serra l’aumentato backscattering termico verso terra della CO2 visto che Capogna ha ufficialmente ammesso, da par suo, che la Teoria dello Scattering non violerebbe il ’sacrosanto’ 2° Principio della Termodinamica…
Francamente sul secondo enunciato della termodinamica Lei mi spiazza: devo riconoscere che io ho impiegato interi giorni per convincermi che l’entropia in un sistema isolato non è mai decrescente, Lei invece riesce a dimostrarlo senza fatica alcuna in poco più di una frase. Qualsiasi.
Scusate, ma non ho saputo trattenermi.
CG
PS: non se ne abbia a male, è una vecchia battuta sul secondo principio della termodinamica.
@Capogna
Alessio sta cercando di dimostrare l’inconsistenza della sua tesi sostanzialmente per via sperimentale, io ci provo per via teorica impossibilitati come siamo a condurre qualsiasi tipo di esperimento pratico sul campo o anche a fidarsi di studi sperimentali altrui…
In questo senso tornando all’analogia presunta tra Fluidodinamica e Trasferimento radiativo sia F un flusso di massa (portata) tra A e B: una particella non può giustamente muoversi tra B e A perchè nel suo percorso incontrerebbe altre particelle nel verso contrario che ne ostacolerebbero il moto tramite urti; nel caso di un trasferimento radiativo ho già fatto notare che gli urti tra fotoni termici che viaggiano in opposte direzioni sono pressochè inesistenti secondo i risultati dell’Elettrodinamica Quantistica, ma su questo ancora non ho ricevuto alcuna conferma o smentita da lei…
Dal punto di vista sperimentale chissà inoltre cosa misura una comune termocamera puntata di notte verso l’alto, se misuri 0°K Kelvin oppure una temperatura diversa…
Distinti Saluti
A completa disposizione nei limiti delle mie possibilità e capacità .
Saluti.
@ Alessio
Una precisazione sulla misura del flusso di energia radiante che spero chiarisca il mio pensiero.
La cella di misura di un interferometro è in estrema analisi una parete metallica con una faccia mantenuta alla temperatura costante T0 e l’altra, munita di sensore termico, che si comporta da corpo nero portandosi alla temperatura Ts quando è esposta all’energia radiante proveniente da una zona di misura posta a temperatura Tm. In condizioni di equilibrio termodinamico si avrÃ
A(Ts – T0) = B(Tm^4 – Ts^4) = BTm^4(1 – (Ts/Tm)^4)
La sola misura sperimentale diretta è Ts.
Essendo T0 ed A caratteristiche dello strumento, possiamo ottenere come grandezza derivata il flusso termico attraverso la parete. Questo può confondersi con la radianza assoluta BTm^4 se si opera con una T0 sufficientemente bassa nei confronti di Tm in modo che la quantità (Ts/Tm)^4 non risulti superiore ad un limite prefissato di accettabilità .
Possiamo anche apprezzare Tm e/o BTm^4 nel caso in cui T0 non rispetti le condizioni suddette, ma solo assumendo a nostro piacimento un valore plausibile per l’emissività della zona di misura (che è inglobata nella costante B). In questo caso si tratta però di valutazioni aleatorie che possono risultare anche grossolanamente approssimate.
Risulta evidente che a parità di Tm, il flusso di energia e la temperatura Ts sono entrambe funzioni di T0. In particolare se è T0<Tm, sarà anche T0<Ts e la parete metallica assorbe energia dalla zona di misura. Nel caso contrario è la parete metallica ad emettere energia verso la zona di misura.
In altri termini i due interferometri 77K e 298K hanno funzionamento fondamentalmente opposto quando sono impiegati per misure atmosferiche, risultando il primo un assorbitore ed il secondo un emettitore. Il termometro IR rivolto verso la cella del congelatore in effetti la riscalda durante la misura della sua temperatura.
In entrambi i casi la grandezza misurata non esiste nella realtà ma è una sorta di ectoplasma creato dalla T0 e quindi dallo strumento di misura.
La verifica sperimentale dell’esistenza di uno scambio di energia radiante tra atmosfera e superficie terrestre va fatta, a mio parere, variando la T0 fino a rendere Ts coincidente con la temperatura della superficie terrestre. Solo in queste condizioni si può conoscere, se esiste, l’entità ed il verso dello scambio di energia radiante in atto.
I miei saluti.
A me sembra tutto inverosimile.
Come se l’energia del sole andasse ad accumularsi nel nulla.
Sarà ben sempre meglio catturare e sfruttare l’energia solare che consumare quella (esauribile ed in esarimento) che in migliaia di anni si è accumulata nei combustibili fossili.
La Terra si trova in un suo equilibrio, messo in crisi dalle emissioni di CO2 e dall’effetto serra, talché tanto riceve e tanto rilascia nello spazio, a prescindere da “pannelli fotovoltaici”, o altro.
Altrettanto inverosimile è che l’inquinamento termico aumenta se il pannello (fotovoltaico o termico non fa differenza) non funziona. quante sono le rocce, le superfici che trattengono il calore e poi lo cedono ad acqua, a terreno, a manufatti che non possono che restituirlo nell’infrarosso.
Alla base di tutti ragionamenti non può che esserci un assurdo.
Un saluto
@Comoretto
Sono esterefatto e sconcertato nel vedere la termodinamica ridotta ad un capitolo di computisteria ragioneristica ed il suo secondo principio ad un escamotage per bilanci consolidati. Le sue asserzioni sono un assurdo termodinamico molteplice.
Mi ripeto con Clausius. Non è possibile trasferire calore da bassa ad alta temperatura con una trasformazione termodinamica semplice e spontanea. Per poterlo fare è sempre necessario spendere energia in un ciclo termodinamico invertito ossia in una macchina frigorifera.
In merito alla bidirezionalità dei flussi di energia radiante faccio rilevare che è in contrasto con la regola generale che “è la somma a fare il totaleâ€. La trasmissione di energia è l’effetto combinato dei vettori di campo elettrico e magnetico agenti contemporaneamente; le loro risultanti vanno determinate in ognuno dei punti dello spazio in cui coagiscono onde elettromagnetiche per poterne apprezzare l’effetto complessivo.
In tutte le altre branche della fisica teorica ed applicata (cinematica, statica dinamica, acustica, elettrostatica, elettrodinamica, …) si opera in questo modo.
Dovremmo ammettere forse che la propagazione di energia radiante goda di una prerogativa di unicità in deroga alle regole costituite?
Saluti.
Signor Capogna,
per lavoro costruisco dewar in cui il bilancio radiativo tra le varie parti va calcolato esattamente. Se uso il suo approccio, i dewar non funzionano, se uso il mio i conti tornano, riesco a raffreddare usando la potenza prevista e fornita dal refrigeratore.
Se ho la parete esterna ed interna del dewar che emettono rispettivamente le potenze di radiazione Q1 (caldo->freddo) e Q2 (freddo->caldo) il mio refrigeratore tira via la potenza Q1-Q2, non tutta la Q1.
I flussi radiativi hanno una direzione, il campo in un punto può (e deve) essere scomposto in termini direzionali. Nel caso monodimensionale del tipo exp(i(wt-kx)) ed exp(i(wt+kx)). La loro somma poi fa il totale, ma e’ un totale a partita doppia, se mi consente di mantenere il linguaggio ragioneristico.
Il secondo principio ci garantisce che l’effetto NETTO degli scambi sia quello di trasferire calore dal corpo caldo a quello freddo, ma non ci dice nulla sui singoli scambi. Come non ci dice nulla sulle singole trasformazioni che compongono un circolo termodinamico.
E quando mai ho affermato che la misura calorimetrica al dewar darebbe la sola Q1; non solo non l’ho mai detto ma neppure pensato lontanamente perché
- il dewar misura Q1-Q2,
- la parete verso la cavità del dewar riceve Q1-Q2,
- il collegamento elettromagnetico trasmette Q1-Q2,
- il corpo cedente emette Q1-Q2.
Tutto ciò per considerazioni termodinamiche e di cinematica vettoriale, pienamente confermate dalle misure strumentali.
@ Comoretto e Galati
Anche se in ritardo, ritengo doverose brevi note conclusive su quanto affermato nella seconda parte del mio scritto originario ossia che il surriscaldamento radiativo della superficie terrestre dovuto alla CO2, così come asserito con il trasferimento radiativo, è infondato perché privo di presupposti fisici che possano giustificarlo.
Oltre al contrasto con il secondo principio della termodinamica, argomento diffusamente trattato, vi è l’aspetto seguente che è altrettanto sconcertante.
L’irraggiamento della CO2 atmosferica ai tanto discussi 15 micron viene valutato adottando con estrema disinvoltura le relazioni del corpo nero dando per scontato che la radiazione termica di tale gas sia sempre e comunque possibile a qualsiasi temperatura.
Sappiamo benissimo che l’emissione alla lunghezza d’onda in questione afferisce ad una precisa oscillazione vibrazionale propria della molecola CO2. D’altro canto sappiamo anche che il calore specifico molare a volume costante della CO2, alle temperature atmosferiche, è di pochissimo superiore a 2.5R, ossia che tali molecole si comportano in pratica ancora come manubrio rigido, in grado di traslare e ruotare solamente, perché l’intensità degli urti con le altre molecole, dovuti al moto di agitazione termica, è del tutto insufficiente ad innescare e sostenere un’oscillazione forzata vibrazionale significativa, figuriamoci a portarla in risonanza. Ma allora, se non vi sono oscillazioni forzate di tipo vibrazionale attivabili termicamente, come fa la molecola ad avere una radiazione termica ad una frequenza vibrazionale? Perché ciò sia possibile l’energia interna specifica molare dovrebbe essere almeno pari a 3.5R, valori che si raggiungono ad una temperatura di 700-800 K.
Ancora un’incongruenza termodinamica! Scusatemi ma ”gli è tutto sbagliato, tutto da rifare” per dirla alla Bartali.
@Capogna
Non so se si possa dire che la sua nota è conclusiva. O almeno, prima di concludere le chiedo una cortesia. Se possa spiegarmi in termini microscopici e statistici il significato del secondo principio della termodinamica. Forse anche Guidi, Georgiadis, Mariani, Gravina, vogliono entrare nella discussione.
Cordiali Saluti
Giovanni Pellegrini
@Giovanni Pllegrini.
Tempo fa Lei scrisse:
“la terra e’ localmente piatta, sulla scala di spessore dell’atmosfera.”
e fatti i miei calcoli, con sorpresa dovetti darLe ragione.
Ora però avrei un piccolo dubbio.
Proprio sulla scala di spessore dell’atmosfera non crede che le montagne NON siano trascurabili ?
Sarebbero trascurabili in confronto al raggio della Terra, ma non certo in confronto all’altezza della troposfera.
possiamo allora dire che
“la terra e’ localmente piatta, a meno delle montagne, sulla scala di spessore dell’atmosfera.” ?
non credo che sia poi tanto importante, come modifica al discorso che si faceva, ma sto cercando di farmi un’idea.
In ogni caso voglia gradire i miei saluti.
Guido Botteri
Oggi leggo un articolo sul Corriere online nel quale si sostiene che il fotovoltaico negli USA sarebbe diventato più economico del nucleare. Possibile? ecco il link:
http://www.corriere.it/scienze_e_tecnologie/energia_e_ambiente/10_luglio_27/solare-costi-nucleare_6c3ac74a-998b-11df-882f-00144f02aabe.shtml
E’ la solita boutade di qualche “scienziato” verde e antinuclearista o è credibile?