Chemie životního prostředí – seminář Jaromír Literák Přírodovědecká fakulta Masarykovy univerzity 6. prosince 2018 Jaromír Literák Chemie životního prostředí – seminář Záření absolutně černého tělesa Pro spektrální hustotu zářivého toku platí: Eλ = dI dλ [W m−2 m−1 ] kde I je intenzita záření, [I] = W m−2 . Eλ = 8πhc λ5 exp hc λkT − 1 Kde: h = 6,63 × 10−34 J s c = 3 × 108 m s−1 k = 1,38 × 10−23 J K−1 Jaromír Literák Chemie životního prostředí – seminář Záření absolutně černého tělesa Pro Slunce Jaromír Literák Chemie životního prostředí – seminář Záření absolutně černého tělesa Nalezení λmax dEλ dλ = 0 x ex ex − 1 − 5 = 0 kde: x = hc λmax kT Numerickým řešením získáme x = 4,965114232, odtud: λmax = hc xkT = 6,63 × 10−34 J s · 3 × 108 m s−1 4, 965114232 · 1,38 × 10−23 J K−1 · T = 2,903 × 10−3 m K T Jaromír Literák Chemie životního prostředí – seminář Příklad č. 1 Určete λmax záření emitovanného Zemí a Sluncem. Předpokládejte, že průměrná povrchová teplota Země je 15 ◦ C a povrchová teplota Slunce je 5800 K. Jaromír Literák Chemie životního prostředí – seminář Stefanův-Boltzmannův zákon Intenzita záření v celém spektru: I = ∞ 0 Eλdλ = ∞ 0 8πhc λ5 exp hc λkT − 1 dλ I = 2π5 k4 15c2h3 T4 = σT4 [W m−2 ] Jaromír Literák Chemie životního prostředí – seminář Příklad č. 2 Vypočítejte velikost Stefanovy-Boltzmannovy konstanty σ. I = 2π5 k4 15c2h3 T4 = σT4 [W m−2 ] Kde: h = 6,63 × 10−34 J s c = 3 × 108 m s−1 k = 1,38 × 10−23 J K−1 Jaromír Literák Chemie životního prostředí – seminář Příklad č. 3 Vypočítejte celkovou energii emitovanou Sluncem na 1 m2 povrchu a energii, která dopadá na 1 m2 povrchu Země (solární konstanta Ω). Teplota povrchu Slunce je 5800 K. Jaromír Literák Chemie životního prostředí – seminář Příklad č. 4 Odhadněte teplotu povrchu Země za předpokladu, že všechna energie dopadající na zemský povrch je vyzářena zpět. Předpokládejte rovněž, že průměrné albedo zemského povrchu je a = 0,3. Jaromír Literák Chemie životního prostředí – seminář Příklad č. 5 Jaká je skutečná průměrná teplota povrchu Země a jak se liší od vypočtené hodnoty? Jak lze rozdíl vysvětlit? Jaromír Literák Chemie životního prostředí – seminář Příklad č. 6 Rovnice pro radiační bilanci Země doplněná o člen pro skleníkový efekt (∆E) má tvar: σT4 = (1 − a)Ω 4 + ∆E Vypočítejte velikost skleníkového efektu pro průměrnou teplotu zemského povrchu T = 288 K. Jaromír Literák Chemie životního prostředí – seminář Radiační bilance Země a skleníkový efekt Jaromír Literák Chemie životního prostředí – seminář Příklad č. 7 Vyberte, které z následujících plynů mohou být významným přispěvatelem ke skleníkovému efektu. HCl Ar CH3Cl CO Br2 NO Jaromír Literák Chemie životního prostředí – seminář Příklad č. 8 Odhadněte, jak by se změnila průměrná teplota zemského povrchu, kdyby se např. v důsledku nukleární války a následných požárů uvolnilo do ovzduší velké množství prachu a následkem toho by došlo k vzrůstu albeda o 20 % (0,3 → 0,36). Jaromír Literák Chemie životního prostředí – seminář Radiační působění Radiační působení v roce 2005 Climate Change 2007: Synthesis Report (http://www.ipcc.ch/pdf/assessment-report/ar4/syr/ar4 syr.pdf) Jaromír Literák Chemie životního prostředí – seminář Potenciál příspěvku ke globálnímu oteplování GWP = λ2 λ1 σghp(λ)F(λ)dλ × t 0 exp −t τghp dt λ2 λ1 σCO2 (λ)F(λ)dλ × t 0 exp −t τCO2 dt kde: σ(λ) – účinný průřez molekuly pro absorpci světla v infračervené oblasti F(λ) – spektrum záření vysílaného povrchem Země τ – doba života plynu v atmosféře Jaromír Literák Chemie životního prostředí – seminář Potenciál příspěvku ke globálnímu oteplování Látka τ / roky GWP po 20 letech GWP po 100 letech CO2 150 1 1 CH4 12 72 25 N2O 114 289 298 CCl3F 45 6730 4750 C3F8 2600 6310 8830 SF6 3200 16000 23000 Jaromír Literák Chemie životního prostředí – seminář Příklad č. 8 Vypočtěte hodnotu příspěvku HFC-23 (fluoroformu – CHF3) ke globálnímů oteplování na stoleté časové škále. Doba života τCHF3 = 270 let, τCO2 = 150 let. Překryvové integrály absorpčních spekter a emisního spektra zemského povrchu v rozmezí 0–1500 cm−1 jsou: 1500 cm−1 0 cm−1 σCHF3 (λ)F(λ)dλ = 0,19 W m−2 1500 cm−1 0 cm−1 σCO2 (λ)F(λ)dλ = 1,4 × 10−5 W m−2 Jaromír Literák Chemie životního prostředí – seminář