Miljöfysik. Föreläsning 2. Växthuseffekten Ozonhålet Värmekraftverk Verkningsgrad

Relevanta dokument
Växthuseffekten. Vi lägger till en förenklad atmosfär i våra beräkningar

Miljöfysik. Föreläsning 1. Information om kursen Miljöfysik Viktiga termodynamiska storheter Jordens energibudget

Fysik C & D Projekt i klimatfysik

Växthuseffekten och klimatförändringar

ETE331 Framtidens miljöteknik

ETE331 Framtidens miljöteknik

ETE310 Miljö och Fysik

ETE310 Miljö och Fysik

Ekologi. Samspelet mellan organismerna och den omgivande miljön

Atmosfär. Ekosystem. Extremväder. Fossil energi. Fotosyntes

!"#$%&'()*+&%$(,-$%."'/0/1(2( 3&)4'5"$%/'('&$6+&6$(478('*))*/'"9/0/1( :/%$10(0(*&)4'5"$%/( ;6<%/'(56+=18%&( >&$?./0/1(!

Strömning och varmetransport/ varmeoverføring

Fysik C & D Projekt i klimatfysik

Koldioxid Vattenånga Metan Dikväveoxid (lustgas) Ozon Freoner. Växthusgaser

6. Kvantfysik Ljusets dubbelnatur

Strömning och varmetransport/ varmeoverføring

Kap 12 termodynamiska tillståndsrelationer

Atmosfär. Cirkulär ekonomi. Delningsekonomi. Albedo. Corporate Social Responsibility (CSR)

FyU02 Fysik med didaktisk inriktning 2 - kvantfysik

Kol och klimat. David Bastviken Tema Vatten, Linköpings universitet

Kemiska och fysikaliska mekanismer för växthuseffekt och ozonuttunning

Kvantfysik - introduktion

Strömning och varmetransport/ varmeoverføring

Växthuseffekten. Kortvågig solstrålning passerar genom glaset i växthuset (jordens atmosfär).

Energiomställning utifrån klimathotet

Om klimatbluffen, eller en obekväm sanning

Är luftkvalitén i Lund bättre än i Teckomatorp?

1. Vad är naturkunskap?

Biobränsle. Effekt. Elektricitet. Energi. Energianvändning

Biobränsle. Biogas. Effekt. Elektricitet. Energi

IPCCs femte utvärderingsrapport. Klimatförändringarnas fysikaliska bas

Vädrets Makter! Föreläsning 8 - Lokalväder. Vädrets makter: Lokalväder. Per Axelsson

IPCCS FEMTE UTVÄRDERINGSRAPPORT DELRAPPORT 1 KLIMATFÖRÄNDRINGARNAS FYSIKALISKA BAS

Tentamen: Atom och Kärnfysik (1FY801)

Tema Vatten och luft Bedömningsuppgifter: Föreläsningar: Filmer: Begrepp och ämnen: Diskussionsuppgift: Laborationer:

Rapport om Solenergikurs Sol 20 Sida 1 av 6. Kurs innehåll SOL 20

Studiebesök årskurs 6 Kraftvärmeverket

Prov Fysik B Lösningsförslag

Namn: Fysik åk 4 Väder VT Väder Ex. Moln, snö, regn, åska, blåst och temperatur. Meteorologi Läran om vad som händer och sker i luften

VÄXTHUSEFFEKT OCH GLOBAL UPPVÄRMNING DEN GLOBALA UPPVÄRMNINGEN - NÅGOT SOM BERÖR ALLA MÄNNISKOR PÅ JORDEN

Energitransport i biologiska system

1. Elektromagnetisk strålning

a sorters energ i ' ~~----~~~ Solen är vår energikälla

Övning 6 Antireflexbehandling. Idén med antireflexskikt är att få två reflektioner som interfererar destruktivt och därmed försvagar varandra.

Min bok om. planeterna. Namn:

Observera att växthuseffekten är ett naturligt fenomen!!! Utan den skulle jordens medeltemperatur som nu är ca 15ºC ligga 35 grader lägre

Tentamen. Fysik del B2 för tekniskt / naturvetenskapligt basår / bastermin. BFL122/TEN2 samt BFL111/TEN6

Räkneövning 5 hösten 2014

Solens energi alstras genom fusionsreaktioner

Klimatsmart på jobbet Faktaavsnitt Så fungerar klimatet Reviderad

I den inledande föreläsningen behandlades frågan om hur mycket luft det finns och hur människan påverkar atmosfärens halt av koldioxid.

Vad är vatten? Ytspänning

Svara på följande frågor som träning inför kemiprovet om gaser, luft och vatten.

Vågrörelselära och optik

Vågrörelselära & Kvantfysik, FK januari 2012

Terminsplanering i Kemi för 7P4 HT 2012

ANDREAS REJBRAND Statistisk fysik Wiens förskjutningslag: hur snäll är solen?

LUFT, VATTEN, MARK, SYROR OCH BASER

Ingenjörsmässig Analys. Klimatförändringarna. Ellie Cijvat Inst. för Elektro- och Informationsteknik

Klimatförändringar Omställning Sigtuna/SNF Sigtuna Svante Bodin. Sustainable Climate Policies

Vågrörelselära och optik

Miljöfysik. Föreläsning 13 Sammanfattningsföreläsning

Institutet för rymdfysik Kiruna

Vilket av våra vanliga bilbränslen är mest miljövänligt? Klass 9c

Lektionsupplägg: Ozon vad gör det?

Ekologi. Samspelet mellan organismerna och den omgivande miljön

VA-frågor och klimatförändringar

Tentamen: Atom och Kärnfysik (1FY801) Lördag 15 december 2012,

Klimatförändringar genom jordens historia

Vecka 49. Förklara vad energi är. Några olika energiformer. Hur energi kan omvandlas. Veta vad energiprincipen innebär

FÖRÄNDRING AV VÄRMESTRÅLNINGSEFFEKT I FÖRBRÄNNINGSPROCESSEN

Räkneövning/Exempel på tentafrågor

Framtidens miljöteknik

Delrapport 2: Oxidationens Inverkan på Långvågig Värmeöverföring

Övning 6 Antireflexbehandling

Framtidens miljöteknik

ANDREAS REJBRAND NV1A Fysik Elektromagnetisk strålning

Solstrålning. att beräkna strålningsdata. Sommarsolstånd. juni. mars. Närmast solen januari. N Vårdagjämning. Längst bort från solen juli

om det inte införs nya styrmedel förutspås utsläppen av växthusgaser öka med ytterligare procent till 2030.

4. Förhållandet mellan temperatur och rörelseenergi a. Molekyler och atomer rör sig! b. Snabbare rörelse högre rörelseenergi högre temperatur

16. Spridning av elektromagnetisk strålning

Klimat, vad är det egentligen?

Miljö och Fysik. Mikael Syväjärvi. Linköpings universitet. Datum

Ekosystemets kretslopp och energiflöde

Motorer och kylskåp. Repetition: De tre tillstånden. Värmeöverföring. Fysiken bakom motorer och kylskåp - Termodynamik. Värmeöverföring genom ledning

WALLENBERGS FYSIKPRIS

Om växthuseffekten och koldioxiden ett försök att bringa klarhet i de många missuppfattningarna

Fo rbra nning ett formativt prov i kemi

Biobränsle. Biogas. Biomassa. Effekt. Elektricitet

Vatten och luft. Åk

Miljöfysik. Föreläsning 1. Information om kursen Miljöfysik Viktiga termodynamiska kvantiteter Jordens energibudget

Framtidsklimat i Hallands län

FÖR DE NATURVETENSKAPLIGA ÄMNENA BIOLOGI LÄRAN OM LIVET FYSIK DEN MATERIELLA VÄRLDENS VETENSKAP KEMI

Allt kallare ju högre vi kommer

1. Universum är ca 14 miljoner år gammalt. Planeten Jorden är ca 4,6 miljoner år gammal Människan har funnits i ca år

Kinetik. Föreläsning 4

T / C +17. c) När man andas utomhus en kall dag ser man sin andedräkt som rök ur munnen. Vad beror det på?

Ämnen runt omkring oss åk 6

FAKTABLAD I5. Varför blir det istider?

Transkript:

Miljöfysik Föreläsning 2 Växthuseffekten Ozonhålet Värmekraftverk Verkningsgrad

Två viktiga ekvationer Wiens strålningslag : λ max max = 2.90 10 4 3 [ ] σ = Stefan-Boltzmanns konstant = 5.67 10 mk = våglängdens topp, T = föremålets temperatur Stefan-Boltzmanns lag: λ P T = σt P = Effekt/area (emitterad energi/tid /area), 8-2 -4 Wm K

Energin på jorden Solen strålar ut isotropiskt Effekt/area som träffar jorden S = 1360 W/m 2 Den exponerade arean: πr 2 Jorden har atmosfär som omfördelar energin så det blir meningsfullt att tala om en medeltemperatur

Jordens temperatur Instrålningen S = 1 360 W/m 2 Reflektionen ρ 30%

Jordens temperatur Utan växthus effekt Det som strålar in strålar också ut

Jordens temperatur O -18 C är en uppskattning. Det är inte en dålig uppskattning men den ger inte det O korrekta värdet på jordens yttemperatur: 15 C. Varför finns det en skillnad mellan uppskattningen och mätningen?

Strålning Ljus som infaller mot ett annat medium: Reflekteras ρ Absorberas α Transmitteras τ Allt tar vägen någonstans så ρ + α + τ = 1

Strålning - Absorption Infallande intensitet I 0 µ är andelen som absorberas per meter Intensitetsändringen I = μμ x I x = μμ Låt x 0: dd dd = μμ Så att I = I 0 e μμ Strålning absorberas i atmosfären Våglängdsberoende

Växthuseffekten i solsystemet Jorden, mars och venus ligger vid solen. samma distans från Planet Distans från solen / 10 9 m T K (uppskattad) T K (mätvärde) Jorden 150 255 288 Mars 228 211 230 Venus 108 227 760 Uppskattningen funkar lite bättre för mars än jorden men den funkar inte alls för venus!

Växthuseffekten Infraröd strålning som emitteras av jorden absorberas av växthusgaser i atmosfären t.ex. CO Strålningen skickas tillbaka till ytan. 2.

Växthuseffekten Atmosfären absorberar IR-strålning Atmosfären får högre temperatur Atmosfären avger IR-strålning Jorden avger IR-strålning Jorden får högre temperatur

Växthuseffekten Strålning från solen Strålning från jorden Växthusgaser : CO, H O.. 2 2

Växthuseffekten 100% absorption Antag 100% absorberas i atmosfären Jordytan värms mer Det sänds ut igen isotropt Hälften tillbaka mot jorden Varje steg strålar hälften tillbaka mot jordytan Och mer

Växthuseffekten 100% absorption Vi får en geometrisk serie SSSSSS = 70 1 + 1 2 + 1 2 2 + 1 2 3 +.. Summan = 70*2 = 140 S n = an+1 1 a 1 n S n = a k k=0 = 1 + a + +a n as n = a + a 2 + + a n+1 as n S n = a n+1 1 1 då n om a<1 1 a OBS! Totala utstrålningen fortfarande 70, men den fördelas olika, dvs luftlagren nära jordytan varmare än annars

Växthuseffekten 100% absorption Jämfört med utan växthuseffekt har vi: Instrålning och utstrålning lika i de två fallen Skillnad i vad som händer mellan jordytan och atmosfären Jorden får lika mycket återstrålning från atmosfären som direktstrålning från solen. Fördubbling. Utstrålningen P 2 från jordytan fördubblad T 2 = 2 1 0.30 13601 4 4 5.67 10 8 K = 303 K = 30

Venus Venus atmosfär : 90 gånger tätare än jordens atmosfär Består nästan helt av koldioxid Moln av svavelsyra Växthuseffekten höjer planetens temperatur. cv cv

Fråga Hur fungerar växthuseffekten i ett växthus?

Fråga Nu överskattning? Vad fattas i modellen?

Begränsad växthuseffekt Utstrålning från jordytan nu 114 enheter Ny temperatur (jämför med utan växthuseffekt) 1 114 4 T 2 = T 1 = 255K 1.130 = 288K = 15 70 Vilket stämmer med den faktiska medeltemperaturen Konvektion transporterar värme till högre höjder Avdunstning och molnbildning: Förångningsvärme binds resp. frigörs Väder Även atmosfären absorberar infallande strålning

CO 2 -mätningar Iskärna (ett prov från en glaciär). Instängda luftbubblor Historiska temperatur, CO2 - och temperatur-mätningar Tidslängden upp till 800 000 år. CO2 halten har nått en rekordnivå.

CO 2 och temperatur Hur CO 2 påverkar klimatet är ett viktigt ämne

Kolets kretslopp 740 miljarder ton CO 2 i atmosfären Fotosyntes binder 120 Respiration + förmultning Haven Människans påverkan Återkopplingsmekanismer: Vattenånga stark växthusgas Molnbildning Aerosoler Is och snö Vegetation Clatrater (vattenbundet metan) Permafrost Haven, isbildning och konvektion

Clatrater Hydrofoba ämnen som vattnet bygger bur kring Stabila under tryck och vid lägre temperatur Enorma mängder på havsbottnar Metan mycket stark växthusgas

Sammanfattning Solen och planeterna kan betraktas som svartkroppar. Wiens och Stefan-Boltzmanns lagar kan användas för att förstå temperaturer och strålning. Växthuseffekten viktig för att höja temperaturen för planeter som har atmosfär.

Ozonskiktets uttunning Ett allvarligt globalt miljöhot Ökad UV-strålning Kan skada levande celler, t.ex. hudcancer Absorptionen i atmosfären kan påverkas av mänskliga aktiviteter

Solspektrum Solspektrum utanför atmosfären och vid jordytan. Spektrum utanför atmosfären skiljer sig något från svartkroppsspektret. Vissa våglängder absorberas i solens yttre skikt.

Att absorbera strålning Strålning från solen UV Strålning från jorden IR, UV och kortare våglängder kan absorberas i atmosfären. Ozon (O 3 ) är viktigt i UV-området. Koncentrationen Växthusgaser är störst i ett : CO skikt, H20-30km O.. ovan marken. 2 2

Fördelning av solstrålningens energi på olika våglängder Benämning Våglängd /nm Absorption i atmosfären Andel av energin i solspektret vid jordytan /% UV-C 200-280 Fullständig 0 Stark Biologisk skadeverkan UV-B 280-320 Delvis 0.5 Betydlig UV-A 320-400 Svag 4 Svag Synligt 400-700 Svag 53 IR >700 Delvis 43

Att bilda och att förstöra ozon Att bilda ozon UV-strålning sönderdelar en syremolekyl: O 2 OO (p.g.a. foton λ<240 nm) En atom och en molekyl växelverkar för att bilda ozon. O+ O O 2 3 NO NO + O 2 O+ O O 2 3 (foton, synligt ljus) Att förstöra ozon O O+ O 3 2 O+ O 2O 3 2 (foton λ<300nm)

CFC Gaser CFC är Carbon, Fluorine, Chlorine Användes för brandsläckning, drivgas i sprayburkar, värmebärare i kylskåp etc Mycket stabila, kan förflyttas upp i stratosfären (10-50 km) Användning av CFC nu förbjuden med vissa undantag Med hjälp av UV-ljus kan kloratomer frigöras CCl 2 F 2 CClF 2 + Cl (p.g.a. foton λ<340 nm) O 3 + Cl ClO + O 2 O 3 + ClO Cl + O 2 (katalyserad process) Nedbrytningen gynnas av låga temperaturer i ismoln (Ozonhålet ses framförallt över sydpolen på dess vinter) Ozonet kräver UV ljus för att bildas