¿La radiación de calor al espacio exterior a través de la ventana de transparencia atmosférica tiene algún impacto en la pérdida de calor?

Estaba leyendo este artículo: Enfriamiento radiativo pasivo por debajo de la temperatura del aire ambiente bajo la luz solar directa

Los autores están mejorando la antigua idea de reflejar la luz solar entrante mientras se irradia el calor. El punto que no entiendo es por qué necesitan cumplir con este criterio:

...irradia calor al espacio exterior a través de una ventana transparente en la atmósfera de entre 8 y 13 micrómetros.

También afirman que

Además, la fría oscuridad del Universo se puede utilizar como recurso termodinámico renovable, incluso durante las horas más calurosas del día.

Más adelante en el artículo, no explican por qué específicamente necesitan usar el espacio exterior como disipador de calor. Las ecuaciones no implican nada al respecto.

La única forma en que puedo darme cuenta de que esto es útil es no calentar la atmósfera y evitar que el calor quede atrapado, irradiándolo lejos de la Tierra, combatiendo así el calentamiento global. El hecho de que el aparato utilice el espacio exterior como disipador de calor o simplemente utilice la atmósfera no debería tener un impacto significativo en las propiedades de enfriamiento por radiación. ¿Es correcto este razonamiento?

La tasa de pérdida de energía por radiación o conducción (los únicos dos métodos posibles entre la atmósfera de la Tierra y el espacio) depende de la diferencia de temperatura o del gradiente de temperatura. Aunque el plasma que rodea la Tierra tiene una "temperatura" alta, creo que el espacio en sí mismo se puede aproximar a menos de 3-4 grados Kelvin. ¿Eso ayuda?
Bueno, no realmente, creo, ya que mi pregunta sobre algo diferente: ¿la radiación de calor a una frecuencia específica para que la atmósfera sea transparente importa para las propiedades de enfriamiento radiativo del radiador en sí?
Ah, entonces la respuesta es sí. Si la radiación encuentra un obstáculo opaco (o incluso translúcido) antes de ingresar al espacio, se reflejará o será absorbida por el obstáculo. En cualquier caso, no se permitirá que toda la energía abandone el sistema solo a través de la radiación.
Correcto, pero estás asumiendo que el sistema es toda la Tierra. Solo pido que consideren cuáles serían los efectos prácticos en las propiedades de enfriamiento del aparato. Supongo que el calentamiento ocurriría en algún lugar lejano y se disiparía. Entonces, el sistema que estoy considerando es solo el radiador en sí (y quizás la carcasa).

Respuestas (2)

Respuesta corta: Para su disipador de calor eligen el espacio exterior (-270 °C) en lugar de la atmósfera (promedio cerca de la superficie = 17 °C) por la sencilla razón de que el espacio es mucho más frío, como señala Anna V. Si el enfriador no emitiera a través de la ventana de transparencia de la atmósfera, el enfriador también absorbería radiación adicional de la atmósfera y se calentaría debido a la ley de radiación térmica de Kirchhoff: "un cuerpo emite radiación a una temperatura y frecuencia dadas exactamente tan bien como absorbe la misma radiación " .

Es por eso que el gráfico de emisividad/absorción más frío del papel está etiquetado como tal: son equivalentes:

ingrese la descripción de la imagen aquí

Digamos que en lugar de apuntar a la ventana de transparencia, diseñaron el enfriador para emitir en frecuencia X que la atmósfera absorbe . Por la ley de radiación térmica de Kirchhoff, dado que la atmósfera absorbe a X también emite en X . Y del mismo modo, dado que el enfriador emite en X también se absorbe en X . Eso daría como resultado que el enfriador absorbiera más radiación de la atmósfera cálida en general, lo que la calentaría.

Sin mencionar que tendría efectos de segundo orden: al emitir donde la atmósfera absorbe, calentaría la atmósfera y aumentaría la cantidad que irradia hacia usted, etc.

El hecho de que el aparato utilice el espacio exterior como disipador de calor o simplemente utilice la atmósfera no debería tener un impacto significativo en las propiedades de enfriamiento por radiación. ¿Es correcto este razonamiento?

No, no es. Las propiedades de refrigeración del aparato dependen del disipador de calor al que se dirige el calor, ya que el resultado final será un equilibrio aparato/ambiente. Si el disipador de calor es la atmósfera, el aparato solo puede enfriarse hasta la temperatura de la atmósfera . Como la diferencia de temperatura con el espacio exterior es enorme, no se alcanzará el equilibrio y el aparato seguirá enfriándose. El objetivo del aparato es reducir el contenido de calor del sistema terrestre transfiriéndolo por radiación al espacio.

¿La radiación de calor al espacio exterior a través de la ventana de transparencia atmosférica tiene algún impacto en la pérdida de calor?
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