Física del efecto invernadero

Sinto intervenir de esta forma, pero por lo que veo estáis mezclando niveles de abstrarcción y modelos físicos micro/macro.Con estas cosas hay que tener cuidado porque podemos llegar a conclusiones absurdas.
Empezaré por decir, desde mi humilde punto de vista que la Física de la atmósfera no creo que sea un  tema para hablar mientras te tomas un café........Fijaos os pongo como ejemplo;simular una antena plana de 30X30 cm con un ordenados de los más modernos y un simulador electromagnético decente puede llevar 4 días de CPU.Y al respecto de este tipo de dispositivos y sus ecuaciones electromagnéticas hay infinidad de publicaciones desde la 2ª Guerra Mundial, no me quiero ni imaginar la complejidad de la Física atmosférica.
Yo estructuraría el estudio que estais haciendo de la siguiente forma:
1.Modelado de la radiación solar monofrecuencia/monolongitud_onda.
de la forma más sencilla posible, sin considerar pérdidas/reflexiones/refracciones/difracciones por cambios en la composición química
2.Extensión al resto de la banda, o a la ventana espectral de interés.Lo más lógico mediante gráficas.
3.Ver la evolución de la temperatura en función de la altitud, sin entrar en más detalles, he visto unas gráficas por ahí.
4.Ir introduciendon progresivamente no idealidades, modelando la termosfera como un obstáculo que refleja parte de la energía y así sucesivamnte con el resto de no idealidades.
5.Anlizar la varaiación de la composición química de termosfera en función de la radiación.

Otra cosa, no creo que sea bueno mezclar cuerpo negro con radiación electromagnética polarizada, o empleas un modelo u otro......Maxwell no se lleva bien con la cuántica.

Pues creo que algunas consideraciones sí se pueden hacer sin ayuda de ordenadores.

Por ejemplo: De donde no hay, no se puede sacar o Si algo no sale, es que ha quedado dentro

Si aplicamos este principio a como ve un alien (de esos que comen humanos y, para poder hacerlo mejor, tienen la vista adaptada al IR) al tomar un espectro de la luz de la tierra, tenemos que con una cierta concentración de CO2 vería algo como....



Si se aumenta la concentración de CO2, sabemos que la rotación de la molécula hace que aumente el grosor de su banda de absorción aunque ya estuviese absorbiento el 100% de la emisión terrestre en esa banda. Así que vería algo como....



Y se ve perfectamente que algo no sale, y si no sale es que se queda dentro.
Aunque esa porción de energía no se convierta toda en calor en un principio, a la larga lo hará.

Saludos.

Pues creo que algunas consideraciones sí se pueden hacer sin ayuda de ordenadores.

Por ejemplo: De donde no hay, no se puede sacar o Si algo no sale, es que ha quedado dentro

Si aplicamos este principio a como ve un alien (de esos que comen humanos y, para poder hacerlo mejor, tienen la vista adaptada al IR) al tomar un espectro de la luz de la tierra, tenemos que con una cierta concentración de CO2 vería algo como....



Si se aumenta la concentración de CO2, sabemos que la rotación de la molécula hace que aumente el grosor de su banda de absorción aunque ya estuviese absorbiento el 100% de la emisión terrestre en esa banda. Así que vería algo como....



Y se ve perfectamente que algo no sale, y si no sale es que se queda dentro.
Aunque esa porción de energía no se convierta toda en calor en un principio, a la larga lo hará.

Saludos.

Muy gráfico. Es lo que comenté antes, si la banda ya absorbe todo, no pasa nada. Así que lo importante son las bandas que absorben a medias.

Cita de: Fortuna en Viernes 20 Noviembre 2009 18:20:45 pm

Otra cosa que no me cuadra de este modelo, la atmósfera debería calentar el suelo y la superficie del mar, por tanto, antes de alcanzar el equilibrio, siguiendo la segunda ley de la termodinámica, el aire debería estar más caliente que la tierra. Pero el 70% de la superficie es agua, y está más caliente que aire!...

Es que quien calienta el  suelo  no es el CO2, sino el sol, el forzamiento por CO2 se añade. En realidad el 2º ppcio nunca se viola.

Por lo demás:    

Sólo te ha faltado aplicar el porcentaje de emisividad de la superficie terrestre en la banda que has elegido (el máximo de emisión está en torno a las 10 micras), pero sólo te afectará como un porcentaje del resultado que has obtenido.

Sí, estoy en ello. Porque lo que he aplicado tiene el fallo de que si aumentáramos mucho la concentración, podría pasar que el CO2 absorba más de lo que emite la tierra en esa banda y eso no es posible.  

Editaré este post cuando tenga tiempo y calcularé de nuevo, en función de las intensidad absorbida del espectro de emisión de suelo

Es que quien calienta el  suelo  no es el CO2, sino el sol, el forzamiento por CO2 se añade. En realidad el 2º ppcio nunca se viola.


Ooops, es cierto lo que dices....me he liado. Los GEIS evitan que salga una parte de radiación, pero no la genera calor.

Respecto a @angelitogp, lo que intentamos es ver una descripción de la físicadel efecto invernadero, no toda la física de la atmósfera. Estaría bueno!.

.....Fijaos os pongo como ejemplo;simular una antena plana de 30X30 cm con un ordenados de los más modernos y un simulador electromagnético decente puede llevar 4 días de CPU.

Púes no sé, seguramente más, depende de la resolución,
pero en mis tiempos de estudiante, las modelizaciones de antenas, las hacíamos en 1/10 de lo que duraba un examen (más o menos) 
matemáticamente, claro está, otra cosa es definir su propagación exacta en el tiempo y en el espacio, eso no lo podríamos hacer ni con todo el poder de computación del universo.

Otra cosa, no creo que sea bueno mezclar cuerpo negro con radiación electromagnética polarizada, o empleas un modelo u otro......Maxwell no se lleva bien con la cuántica.

¿quizás por que en el análisis del cuerpo negro la longitud de onda y la frecuencia se trata como una magnitud escalar y no como una vectorial?

La opinión de _OO_ es que la radiación térmica se comporta como un láser.

teniendo en cuenta, por supuesto, que esa frecuencia de emisión "interfiere" (o puede interferir) con la materia, proceso en el cual se produce la difusión, que no es más que discretizar más la misma ley,
en caso de que no haya elementos que "resuenen" en esa frecuencia, no habrá transferencia energética.

(los mandos a distancia IR son un ejemplo de direccionalidad  )

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siguiendo con el comentario del espectro y las bandas de absorción/emisión,

si esa característica, la aplicamos a las capas altas, tenemos un filtro, que es a lo que me vengo refiriendo,

si en esas capas varia la densidad, tª, ..., se producirán desplazamientos de frecuencia, en el filtrado, en las bandas de reemisión,....., la cantidad de energía que dispongan las capas bajas será diferente,

por otro lado, un elemento puede modificar su estructura, llegando a un cierto punto, el elemento varía (por ejemplo una ionización) y se comporta como otro diferente, con diferentes bandas de absorción/emisión (como el 13CO2 y el 12CO2)
lo que puede dar lugar, a que en determinada frecuencia, el medio circundante no responda de la igual manera, y se vuelva parcialmente transparente/absorvente,

como dice Vaqueret, lo importante para la variabilidad son las bandas que absorven/emiten "a medias", y la proporción y tipo de mezcla,

coincido con angelito en la complejidad de la electroquímica atmosférica, podemos idealizar algo, pero siendo conscientes de que no nos acercaremos a la realidad, ni de lejos..

¿_00_ has leído el título del post?. No vamos a modelizar la atmósfera. Sólo la física del efecto invernadero. Los rebotes que mencionas, que no sé muy bien como van, son otra cosa y se podría abrir otro tema, algo así como "reflejo de radiación a través de capas atmosféricas", mas o menos. Y el que sepa algo, que lo cuente.

Por cierto, las ecuaciones de Maxwell se llevan muy bien con la cuántica. El modelo estándar de física de partículas, una de ellas, es la ciencia que mayor precisión a logrado nunca. La teoría electrodebil, que unifica el electromagnetismo (que se resumen en las ecuaciones de maxwell)  con la interacción débil, un efecto cuántico de cambio de "sabor" de las partículas, y que explica la radioactivad.

Saludos.

si,
pero para tener efecto invernadero hay que inhibir la convección, y para eso necesitas una "tapa", que en nuestro caso, también es filtro,
y para evaluar el flujo radiativo, bandas de absorción y emisión, fluctuaciones de potencia, ...,  me parece imprescindible tenerlo en cuenta,

¿no sé? igual es que yo entiendo el efecto invernadero de una manera extraña, o tu intentas explicar otra cosa (para explicarlo fíisicamente, con lo que has dicho, la gravedad, y poco más, se explica)

si,
pero para tener efecto invernadero hay que inhibir la convección, y para eso necesitas una "tapa", que en nuestro caso, también es filtro,
y para evaluar el flujo radiactivo, bandas de absorción y emisión, fluctuaciones de potencia, ...,  me parece imprescindible tenerlo en cuenta,

¿no sé? igual es que yo entiendo el efecto invernadero de una manera extraña, o tu intentas explicar otra cosa (para explicarlo físicamente, con lo que has dicho, la gravedad, y poco más, se explica). Y lo hago porque no encontré en Internet una explicación clara de como funciona el efecto.Así que empezé a deducir como se hace. Pero el proceso de deducción es como todo en la ciencia. Ensallo y error.

_00_ para el efecto invernadero, sólo hay que tener en cuenta el efecto invernadero y nada más.  Hay que ir poco a poco, desde aproximaciones burdas a más fina. ¿Hay más efectos?. Seguro que sí. Paso a paso los vemos todos. El efecto invernadero no es lo único que puede cambiar la temperatura media de la tierra, pero hay que cuantificar cada efecto.

A parte de eso, tengo que corregir el post, porque está mal. La suma de frecuencias entre v1 y v2 no es v2-v1, sino 1/2(v2²-v1²) y el resultado no es lo que absorbe esa banda de CO2 sino lo máximo que puede absorber, así que tendré que corregirlo en este sentido. (PD. corregido).

En ese caso Fortuna especifica de que efecto invernadero quieres hablar, del invernadero de un payés de Murcia o el de la Tierra, con su troposfera, mesosfera, termosfera, exosfera. 

En ese caso Fortuna especifica de que efecto invernadero quieres hablar, del invernadero de un payés de Murcia o el de la Tierra, con su troposfera, mesosfera, termosfera, exosfera. 

Son todos iguales. Según Einstein, las leyes de las naturaleza no dependen de quien las observe. Pero ya que que lo planteas podríamos discutirlo.

¿_00_ has leído el título del post?. No vamos a modelizar la atmósfera. Sólo la física del efecto invernadero. Los rebotes que mencionas, que no sé muy bien como van, son otra cosa y se podría abrir otro tema, algo así como "reflejo de radiación a través de capas atmosféricas", mas o menos. Y el que sepa algo, que lo cuente.

Por cierto, las ecuaciones de Maxwell se llevan muy bien con la cuántica. El modelo estándar de física de partículas, una de ellas, es la ciencia que mayor precisión a logrado nunca. La teoría electrodebil, que unifica el electromagnetismo (que se resumen en las ecuaciones de maxwell)  con la interacción débil, un efecto cuántico de cambio de "sabor" de las partículas, y que explica la radioactivad.

Saludos.

Las ecuaciones de Maxwell tal como las conozco yo no se llevan bien con la cuántica , más que nada porque son mundos distintos.Lo único que se me ocurre que relacione radioactividad con Maxwell es la física estadística de Maxwell-Boltzman.Incluso voy más allá la bondad de las ecuaciones de Maxwell radica en que en un medio homogéneo e isótropo en espacio y en tiempo admiten transformación de Fourier, con las consiguientes ventajas matemáticas.De ahí que se empleen en electrodinámica.
Te rogaría que me dieses algún enlace de esa teoría, aver como son las ecuaciones de Maxwell que aparecen ahí..me temo que lo único que aparecerán serán potenciales escalares y campos, a poder ser sin carácter vectorial.

Cita de: _00_ en Sábado 21 Noviembre 2009 00:17:25 am

si,
pero para tener efecto invernadero hay que inhibir la convección, y para eso necesitas una "tapa", que en nuestro caso, también es filtro,
y para evaluar el flujo radiactivo, bandas de absorción y emisión, fluctuaciones de potencia, ...,  me parece imprescindible tenerlo en cuenta,

¿no sé? igual es que yo entiendo el efecto invernadero de una manera extraña, o tu intentas explicar otra cosa (para explicarlo físicamente, con lo que has dicho, la gravedad, y poco más, se explica). Y lo hago porque no encontré en Internet una explicación clara de como funciona el efecto.Así que empezé a deducir como se hace. Pero el proceso de deducción es como todo en la ciencia. Ensallo y error.

_00_ para el efecto invernadero, sólo hay que tener en cuenta el efecto invernadero y nada más.  Hay que ir poco a poco, desde aproximaciones burdas a más fina. ¿Hay más efectos?. Seguro que sí. Paso a paso los vemos todos. El efecto invernadero no es lo único que puede cambiar la temperatura media de la tierra, pero hay que cuantificar cada efecto.

A parte de eso, tengo que corregir el post, porque está mal. La suma de frecuencias entre v1 y v2 no es v2-v1, sino 1/2(v2²-v1²) y el resultado no es lo que absorbe esa banda de CO2 sino lo máximo que puede absorber, así que tendré que corregirlo en este sentido.

Las frecuencias creo que no se suman como tu haces.Cada frecuencia lleva asociada una señal, banda de absorción émisión o lo que sea.Lo que en todo caso se puede sumar son las señales asociadas.Si para el caso más sencillo consideras 2 sinusoides y sumas (interfieres) 2 señales de frecuencias f1 y f2 tendrás señales en 2f1-f2 y/o en 2f2-f1.Si no son sinusoides, o las descompones como tal con un número de armónicos que garanticen convergencia, o la cosa es más complicada.
 Y por último , como dice _00_, la Física del efecto inverndero implica modelizar la atmósfera.De hecho  tú , al considerar la emisión , absorción del CO2, es lo que haces.Consideras que la atmósfera y su capacidad calorífica viene determinada únicamente por CO2, aspecto más que discutible.

¡Rediós!...un cónclave de físicos....¿me admitís como oyente?....
Interesante tópic

Las ecuaciones de Maxwell tal como las conozco yo no se llevan bien con la cuántica , más que nada porque son mundos distintos.Lo único que se me ocurre que relacione radioactividad con Maxwell es la física estadística de Maxwell-Boltzman.Incluso voy más allá la bondad de las ecuaciones de Maxwell radica en que en un medio homogéneo e isótropo en espacio y en tiempo admiten transformación de Fourier, con las consiguientes ventajas matemáticas.De ahí que se empleen en electrodinámica.
Te rogaría que me dieses algún enlace de esa teoría, aver como son las ecuaciones de Maxwell que aparecen ahí..me temo que lo único que aparecerán serán potenciales escalares y campos, a poder ser sin carácter vectorial.

Que yo sepa la distribución de Plank, es precisamente el primer punto de unión entre la radiación o sea, el electromagnetismo y la mecanica cuantica. Desde luego no se utilizó para explicar la radioactividad, sino la distribución observada de la radiación del cuerpo negro, que la física clásica no podía explicar en la parte de ultravioleta y superior. Ppara ver el problema. http://es.wikipedia.org/wiki/Cat%C3%A1strofe_ultravioleta


Pero no se acaba ahí. Toda la mecanica cuantica tiene en cuenta el electromagnetismo, si las partículas están cargadas. Y si no lo están tambien. El potencial que se escribe en la ecuación de shrödinger es el potencial de Coulomb, la carga que aparece es la de los electrones y protones. Se tiene en cuenta el campo magnético. El spin surge de aplicar la relatividad especial. Vamos que todo está relacionado y muy bien relacionado.

Y también http://es.wikipedia.org/wiki/Teor%C3%ADa_cu%C3%A1ntica_de_campos

La teoría cuántica de campos (o QFT por Quantum Field Theory) es un marco teórico que aplica los principios de la mecánica cuántica a los sistemas clásicos de campos continuos, como por ejemplo el campo electromagnético

Sobre la teoria electrodbil:
http://es.wikipedia.org/wiki/Interacci%C3%B3n_electrod%C3%A9bil

El modelo electrodébil es una teoría física que unifica la interacción débil y el electromagnetismo, dos de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza. A su vez, este modelo se halla incluido en la Teoría de Gran Unificación (GUT), que une la interacción electrodébil con la interacción nuclear fuerte.

Desde luego mi nivel no da para entenderlo con detalle. Hacen falta muchos conocimientos de matemáticas y física cuantica. Pero he leido sufuciente para saber de que va. La unión de la interacción débil (mecanica cuantica total, es decir descripciones que inluyen funciones de onda, bosones, paridades, simetrías, partículas, etc) con el elctromagnetismo cuyo resumen son la ecuaciones de Maxwell.

Las frecuencias creo que no se suman como tu haces.Cada frecuencia lleva asociada una señal, banda de absorción émisión o lo que sea.Lo que en todo caso se puede sumar son las señales asociadas.Si para el caso más sencillo consideras 2 sinusoides y sumas (interfieres) 2 señales de frecuencias f1 y f2 tendrás señales en 2f1-f2 y/o en 2f2-f1.Si no son sinusoides, o las descompones como tal con un número de armónicos que garanticen convergencia, o la cosa es más complicada.
 Y por último , como dice _00_, la Física del efecto inverndero implica modelizar la atmósfera.De hecho  tú , al considerar la emisión , absorción del CO2, es lo que haces.Consideras que la atmósfera y su capacidad calorífica viene determinada únicamente por CO2, aspecto más que discutible.

Ya he puesto que he sumando mal. Para un intervalo pequeño se puede usar una función contínua de frecuencias en una banda de vibración. La suma esas frecuencias multiplicada por la constante de Plank nos dará la capacidad que tiene esa banda para absorver energía. Esa suma es la integral de v entre v₁ y v₂, y es 1/2(v₂²-v₁²). Que sí, que sabemos que no es contínua pero no se ven rayas en el expectro en ese rango, sino bandas contínuas y de hecho se llaman así. Así que la aproximación no será muy mala.

Pero no confundas, no necesitamos sumar los senos y los cosenos. La energía se toma en paquetes completos de valor E=h nu. Cada uno por separado. No vamos a mirar cada transición ni como dos vibraciones se acoplan para dar una más compleja, pero cuyo análisis de fourier nos da el espectro de esas frecuancias. Así que sólo vamos a suponer que a una frecuencia de absorción dentro de una banda, asignamos una probabilidad de que un fotón se absorva. Esa probabilidad es la altura que aparece en las curvas del espectro de absorcion.

Si hace falta añadir algo, para explicar la física del efecto invernadero, pues se hace. Habrá que pintar la distribución de plank y cosas así. En serio, no es tan dificil.