Comportamiento de la temperatura a lo largo del tiempo de automóviles negros o blancos en regiones cálidas y soleadas

¿Cómo influye el color de un automóvil en su cambio de temperatura interior con el tiempo cuando está estacionado afuera en regiones sin viento, cálidas y soleadas?

Sé cuál es la idea común al respecto: se supone que los autos negros acumulan altas temperaturas más rápido porque los objetos negros absorben las radiaciones en lugar de reflejarlas. ¿Es verdad? Y entonces, ¿qué sucede durante el estado estacionario? Algunos afirman que el auto negro se mantendrá más caliente, otros afirman que será el mismo sin importar el color. ¿Todos los autos tienen la misma temperatura interior a largo plazo, o algunos de ellos son más calientes?

Lo busqué en Google, pero lo mejor que pude encontrar fue http://phoenix.about.com/od/car/qt/carcolor.htm . Afirma estar basado en ~20 artículos. Pero ni siquiera se mencionan los espectros de absorción o emisión. A priori, un coche negro podría absorber todas las radiaciones visibles y emitirlas en forma de infrarrojos mientras refleja todo el infrarrojo del Sol. Y sigue siendo solo cualitativo. No he encontrado nada en Physics stackexchange, el más cercano es Heat in the car during sunny day .

"MythBusters usó dos autos idénticos, uno negro y el otro blanco, y los dejó afuera en el calor del verano con termómetros en ambos. A media tarde, el auto blanco tenía una temperatura de 126 °F (52,2 °C), mientras que el auto negro se había calentado a una temperatura de 135 °F (57,2 °C), unos 9 grados más en la escala Fahrenheit. La explicación fue que la pintura negra absorbe el calor mientras que la pintura blanca lo refleja". - en.wikipedia.org/wiki/…

Respuestas (3)

En primer lugar, tiene razón en que la temperatura depende de qué longitudes de onda IR y qué longitudes de onda visibles se absorben (independientemente del color que vean nuestros ojos).

Hay una regla importante que establece que la emisividad espectral de un objeto, es decir, la tasa de emisión a una determinada longitud de onda es la misma que la absortividad espectral del objeto. El "truco" es que la emisión total es una función de la temperatura, mientras que la absorción total es una función de la intensidad incidente, también conocida como irradiancia en cada longitud de onda.

Para averiguar qué automóvil se calienta más, debe ejecutar la integral, sobre los espectros, de la absorbencia por la irradiancia y luego ejecutar una integral espectral similar de la emisividad. Luego está el pequeño problema del calor específico del automóvil (julios por delta Kelvin), pero podemos dejar que sea una constante independiente del color de la pintura del automóvil.

Y finalmente, dado que presumiblemente el automóvil se está calentando, debe calcular la integral de emisión hasta que la potencia total (energía/tiempo) radiada sea igual a la potencia incidente, momento en el cual la temperatura del automóvil se estabiliza.

Entonces, dígame si lo entiendo bien: si un objeto refleja el 40% de la irradiancia, ¿absorbe (100-40)/2 = 30% de la irradiancia y emite a la misma velocidad? (para una longitud de onda dada)
¡No! La reflectancia es completamente diferente de la emitancia. Mientras que reflejado + absorbido = 1 (suponiendo que no haya transmitancia), la emisividad es la misma que la absorbancia. Entonces Reflect 40% significa Absorb 60%, y así sucesivamente.
Entonces, supongo que no hay una manera cualitativa fácil de resolver este problema. ¡Tendré que investigar más sobre la absorbancia espectral de la pintura de los automóviles y exhumar más mis cursos de termodinámica!

La energía que incide sobre un automóvil a la luz del sol puede llegar a los 1300 vatios/m^2 en algunas regiones del mundo. La reflectancia de esta energía juega un papel importante en la rapidez con la que se calentará el interior del automóvil. Este informe cubre su pregunta bastante bien.

Del resumen:

El diseño de los acondicionadores de aire para vehículos se basa en la temperatura máxima de la cabina (remojo) que se alcanza cuando el vehículo está estacionado en un día caluroso y soleado de verano. Las pinturas de colores fríos reflejan la mayor parte de la energía del sol en la banda del infrarrojo cercano (0,7 a 2,5 micras) y ofrecen opciones de color en la banda visible (0,4 a 0,7 micras). Pintar las carcasas de los vehículos con estos colores fríos puede reducir la temperatura de remojo y, por lo tanto, aumentar el ahorro de combustible al disminuir la carga auxiliar del vehículo y permitir el uso de acondicionadores de aire más pequeños.

......

Una comparación experimental de sedanes compactos negros y plateados, por lo demás idénticos, indicó que aumentar la reflectancia solar rho del armazón del automóvil en alrededor de 0,5 redujo la temperatura de absorción en 5 a 6 °C. El análisis térmico predice que la capacidad de aire acondicionado requerida para enfriar el aire de la cabina en el carro plateado a 25C con 30 minutos es 13% menos que lo requerido para el carro negro.

y su resumen

Medimos la reflectancia espectral solar y la emitancia térmica de más de 180 muestras de recubrimientos para automóviles obtenidas de dos fabricantes de recubrimientos para automóviles: BASF Automotive Coatings y PPG. Estas muestras incluían tanto colores de producción como colores de prototipo. La reflectancia solar, la reflectancia visible, la reflectancia del infrarrojo cercano y las coordenadas de color (CIELAB *L, *a y *b) se calcularon a partir de la reflectancia espectral solar. El índice de reflectancia solar (SRI) se calculó a partir de la reflectancia solar y la emitancia térmica. Nuestras mediciones verificaron que los colores fríos del prototipo generalmente exhibían una reflectancia solar superior a la reflectancia visible. La reflectancia solar osciló entre 0,04 (negro convencional) y 0,70 (blanco convencional), con muchos colores fríos cuya reflectancia solar oscilaba entre 0,20 y 0,50. Todas las muestras recubiertas exhibieron una alta emitancia térmica (0.82 - 0.

Es la reflectancia la que marca la diferencia entre los colores oscuros y los colores claros y la propuesta es utilizar este conocimiento para reducir la carga del aire acondicionado de los automóviles.

La razón por la que su automóvil se calienta en un día soleado tiene poco que ver con el color de la pintura. Se debe principalmente al efecto invernadero del vidrio.

El efecto invernadero ocurre cuando la luz con energías más altas (luz visible, por ejemplo) atraviesa el vidrio y es absorbida. La energía absorbida hace que las partes interiores del automóvil se calienten y emitan en el infrarrojo, pero esta longitud de onda se refleja en el vidrio creando una válvula de energía unidireccional. Este efecto depende de que el aire no pueda escapar para que el calor no se lo lleve la convección. La siguiente imagen de este artículo de hiperfísica ilustra el efecto.

Efecto invernadero

Si bien esto es correcto, ¿por qué no responder la pregunta del OP postulando dos autos con un interior común y un tipo de vidrio común, por lo que la única variable es el color de la pintura?
Tienes razón @CarlWitthoft. Todo lo que puedo inferir de su respuesta, y particularmente de la oración "tiene poco que ver con el color de la pintura", es que la temperatura cambiará de la misma manera, independientemente del color de la pintura del automóvil.
@ peter3265965 Tomé su pregunta como práctica. El punto de mi respuesta es que la temperatura del automóvil se debe a la energía que entra por las ventanas y no se libera. Por lo tanto, la temperatura será casi idéntica independientemente del color o el tipo de pintura. Para ser honesto, cualquier respuesta sobre cómo la pintura afecta la temperatura debe tener en cuenta más que el color; por ejemplo, qué tipo de capa transparente cubre la pintura y cuál es el contenido metálico.
Pero la energía no entra solo por las ventanas!! El techo del automóvil no está aislado, solo algo de metal. El color es importante para reflejar la energía, por lo que se absorbe menos. Los invernaderos (los reales) se calientan más que la temperatura exterior por falta de convección, no por el vidrio. La diferencia de una jaula de vidrio con la tierra que la rodea es que no hay convección, sino que se absorbe la misma energía. En el caso del automóvil la parte que sale de las ventanas es la misma, pero la parte que sale del techo y los costados puede tener un 50% o más dependiendo de la reflectividad.
@annav Los invernaderos se calientan más porque el vidrio transmite luz visible pero no transmite luz infrarroja también
Estoy comparando dos volúmenes uno al lado del otro. Si abre los lados del invernadero, alcanzará la temperatura ambiente no debido a la radiación infrarroja sin obstáculos, sino a la convección. La energía de las trampas infrarrojas impedidas, sí.
Comportamiento de la temperatura a lo largo del tiempo de automóviles negros o blancos en regiones cálidas y soleadas
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