Digamos que hago dos hornos solares. Cada uno tiene un conjunto de reflectores en ángulo para dirigir la luz solar hacia una caja cubierta con vidrio, y todos los demás lados de la caja están cubiertos con aislamiento que puede soportar temperaturas de ~300 o F.
La caja de un horno está hecha de cartón y la otra es de metal. Ambos interiores de la caja están recubiertos con la misma pintura negra fina. (La pintura es delgada porque solo está aquí para cambiar el albedo y no las otras propiedades del material). En aras de la discusión, los lados pueden tener un grosor de 1 cm. Aparte del revestimiento, los hornos son idénticos y se exponen a pleno sol en exactamente las mismas condiciones.
¿Cuál alcanza la temperatura máxima/de equilibrio más caliente y por qué?
(¿O alcanzan la misma temperatura?) La temperatura del aire interno. se está midiendo.
La intuición me dice que es el de metal. Después de todo, una hoja de metal expuesta al sol es mucho más caliente que una hoja de cartón. Sin embargo, quiero los principios científicos:
La luz solar entrante debe ser absorbida o reflejada. ¿El recubrimiento negro controla esto por completo?
En equilibrio, la energía que absorben los lados de la caja debe ser igual a la que pierden los lados de la caja. Si la fina capa negra controla por completo la absorción, tanto el metal como el cartón transfieren la misma energía total a su entorno. La única diferencia puede estar en el tipo de transferencia de calor. Creo que el porcentaje de transferencia de calor que está en forma de conducción es mayor para el metal que para el cartón. El aire absorbe todo el calor de la conducción, pero la radiación solo imparte parte de su energía al aire por el que pasa. ¿Es esto significativo para determinar la temperatura del aire en equilibrio? ¿Es incorrecta mi primera suposición?
Tenga en cuenta que el metal expuesto a la luz del sol se siente más caliente que el cartón debido a su mayor conductividad térmica. Cuando se logra el equilibrio térmico para el horno, el flujo de calor de la luz solar absorbida se equilibrará con el flujo de calor de la radiación del cuerpo negro y la conducción al aire.
Entre el cartón y el metal, el metal permitirá que salga mucho más calor de la caja. Por lo tanto, el horno de cartón puede calentarse más, pero es posible que el horno de metal se "sienta" más caliente/te queme más fácilmente si lo tocas.
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