Reproduzierbarkeit von Professor Robert W. Woods

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Übersetzer: Dr. Matthias Kleespies
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Reproduzierbarkeit von Professor Robert W. Woods Experiment zur
Theorie des Treibhauses aus dem Jahr 1909
Von Nasif S., Nahle*, 5. Juli 2011
Universitätsprofessor, Wissenschaftler, Wissenschaftlicher Forschungsdirektor am Biology Cabinet® San
Nicolas de los Garza, N. L., Mexico
Zitierung: Nahle, Nasif S, Repeatability of Professor Robert W, Wood’s 1909 experiment on the Theory of
the Greenhouse, July 5, 2011, Biology Cabinet Online-Academic Resources and Principia Scientific
International, Monterrey, N. L.
*Der Autor dankt dem Principia Scientific International Team für seine freundliche Unterstützung bei der
Erstellung des Textes; dennoch sind irgendwelche Irrtümer im Text allein meine.
*Der Autor dankt Joseph T. für seine bedeutende Unterstützung bezüglich des Textes und der Organisation
des Artikels. Der Autor dankt Dr. Matthias Kleespies für die Übersetzung in die deutsche Sprache.
ZUSAMMENFASSUNG
Durch eine Serie kontrollierter Experimente zeige ich, dass der Erwärmungseffekt in einem realen
Treibhaus nicht durch im Treibhaus eingefangene langwellige Infrarotstrahlung, sondern die Blockierung
konvektiven Wärmeaustauschs mit der Umgebung verursacht wird, wie von Professor Wood in seinem
1909 durchgeführten Experiment bewiesen wurde.
EINLEITUNG
1909 führte Professor Wood ein Experiment durch, das darin bestand, den Effekt von in einem Treibhaus
eingeschlossener langwelliger Infrarotstrahlung bezüglich der Temperaturerhöhung innerhalb des Treibhauses während Sonnenbestrahlung zu untersuchen.
Sein Experiment wurde in einem Artikel beschrieben, den er 1909 im Journal Philosophical Magazine
veröffentlichte (vergleiche Literaturverweise [1]).
Auf Basis seines Experiments fand Professor Wood, dass der Temperaturanstieg in einem Treibhaus nicht
durch eingeschlossene Strahlung, sondern durch Blockierung des konvektiven Wärmeaustauschs zwischen
dem Inneren des Treibhauses und der offenen Atmosphäre verursacht wurde.
Angesichts der Tatsache, dass es außer dem Experiment von Professor Pratt [8], dessen Ergebnisse denen
von Professor Wood widersprachen, keine anderen Dokumente von anderen Wissenschaftlern gibt, die
versucht haben, das Experiment zu wiederholen, ist eine weitere wissenschaftliche Untersuchung durch
einen dritten Schiedsrichter nicht nur empfehlenswert, sondern notwendig. Das ist der Grund dafür, dass ich
mich entschied, das Experiment von Professor Pratt zu wiederholen, um seine Resultate und jene von
Professor Wood entweder zu falsifizieren oder zu verifizieren.
1
Dieses Dokument beschreibt die Experimente, die von mir selbst in dem Versuch ausgeführt wurden,
Professor Woods Experiment zu wiederholen und seine Ergebnisse zu verifizieren.
EXPERIMENT:
AUSRÜSTUNG
®
2 Hanna Instruments Digitale Thermometer, Modell HI98501, Temperaturbereich: -50 bis 150° C,
Genauigkeit ±0,3 °C (Innen) und ±0,5 °C (Außen), EMC Abweichung ±0,3 °C [2]
3 CEM® Digitale Thermometer, Modell DT-131, Temperaturbereich: -40 bis 250° C, Genauigkeit
0,03 °C, EMC Abweichung 0,1 °C [3]
1 Sekonic® Photometer,
Praktica® MTL-5B Professional Camera, Mehrfach beschichtete Linse 35 mm, F-1,8,
Sony® Digital Camera α 55V, Mehrfach beschichteter (ML) Zoom Lens Kit DT 18-55 mm; F 3,5-5,6
SAM
MATERIALIEN
4 Lowe’s® Wellpappe-Schachteln, Abmessungen 30 x 30 x 20,32 cm, thermische Leitfähigkeit 0,5
W/m K [13]
1 modifizierte Acrylplatte Plaskolite®-Duraplex®, 3 mm dick, Transmissonsindex für solares IR
im Kurzwellen-nahen Bereich 0,97 (durchschnittlich 0,94) und Langwellen-IR Transmissionsindex
0,12 (durchschnittlich 0,1), Thermischer Leitfähigkeitskoeffizient 0,18 W/m K [4, 9]
1 Silika-Glasplatte, 3 mm dick, Transmissonsindex für solares IR im Kurzwellen-nahen
Bereich 0,97 und Langwellen-IR Transmissionsindex 0,10, Thermischer Leitfähigkeitskoeffizient
1,2 W/m K [4, 5, 6]
Kristallklarer Polyethylen-Film, 0,3 mm dick, Transmissonsindex für solares IR im Kurzwellennahen
Bereich
0,98
und Langwellen-IR Transmissionsindex
0,87,
Thermischer
Leitfähigkeitskoeffizient zwischen 0,42 W/m K und 0,51 W/m K [4, 10, 11, 12, 16]
Celluloseacetat-Film, 0,115 mm dick, Kurzwellen-IR Transmissionsindex 0,89 (max, = 89,93%
ohne Beschichtung) und Langwellen-IR Transmissionsindex 0,85 (max, = 87,1% ohne
Beschichtung), Thermischer Leitfähigkeitskoeffizient 0,167 W/m K [14]
1 Tube weißes Acryl-Latex Dichtmittel für Verbindungen, Reflektivität 0,94 [4]
1 Tube Qualtex® Silikon, transluzentes Vielzweck-Silikon, TUGT-08347 [4]
Reynolds’ Wrap® Aluminiumfolie, Reflektivität 98,4%, Thermischer Leitfähigkeitskoeffizient =
235 W/m K [5, 6, 7]
2
Weiße Glaswolle, Thermischer Leitfähigkeitskoeffizient 0,04 W/m K [5, 6, 7]
Quartet® Korkfliesen, Thermischer Leitfähigkeitskoeffizient 0,07 W/m K [7]
Kreppband mit Absorptionskoeffizient ähnlich dem der Wellpappe (0,9)
Aluminiumstreifen, Reflektivität 98,4%, Thermischer Leitfähigkeitskoeffizient = 235 W/m K [4,
5, 6, 7]
Berel® Matte Schwarze Farbe, Reflektivität 0,05 [4]
Fuji® Film (ISO 400, ISO 200, und ISO 100)
WERKZEUGE
Fuchsschwanz, Zimmermannssäge, Holzstreifen, Hammer, 2 Acrylmesser, Reibahle, 4 Bohrer, ¼ kg
Nägel, 8 Schrauben, Black & Decker® Schrauber und Black & Decker® Ausrüstung.
PROZEDUR FÜR DAS ERSTE STADIUM DES EXPERIMENTS
Vier identische Wellpappaschachteln der Firma Lowe's® wurden von mir aufgebaut. Die Verbindungen der
Wände wurden mit weißem Latex-Acryl Dichtmittel abgedichtet (Abbildung 01).
Abbildung 01: Verifizierung von Robert Woods Experiment – 1te Phase
Wellpappeschachteln vor und nach der Abdichtung
Die inneren Wände der Schachteln wurden mit mattschwarzer Farbe von Berel® mit einer Reflektivität von
0,3 und einer Absorption von 0,97 angestrichen (Abbildung 02). Die Reflektivität der inneren Wände
wurde mit einem Sekonic ® Photometer bestätigt.
3
Abbildung 02: Verifizierung von Robert Woods Experiment – 1te Phase, Schachtelinneres mit
mattschwarzer Berel-Farbe angestrichen
Um die Dichtigkeit zu testen, stellte ich eine Schachtel in das Sonnenlicht und beobachtete, wie
die sich ausdehnende Luft die Polythen-Abdeckung ausbeulte (Abbildung 03).
Abbildung 03: Verifizierung von Robert Woods Experiment – 1te Phase, Test der Dichtigkeit
4
Die fünf äußeren Flächen der Schachteln wurden mit Reynolds’ Wrap® Aluminiumfolie bedeckt
(Abbildung 04).
Abbildung 04: Verifizierung von Robert Woods Experiment – 1te Phase, Aluminiumfolie um das
Schachteläußere gewickelt.
Ich befestigte ein quadratisches Stück aus Reynolds’ Wrap® Aluminiumfolie exakt in der Mitte jeder der
Glas-, Acryplatten und Polyethylenfilme, die die offenen Seiten der vier Schachteln bedeckten, um zu
vermeiden, dass die direkte Sonnenbestrahlung einen Effekt auf die Messfühler der digitalen
Thermometer haben und Überhitzung der Messfühler falsche Werte ergeben würde (Abbildung 05).
Abbildung 05: Verifizierung von Robert Woods Experiment – 1te Phase, Quadratisches Stück aus
Aluminiumfolie in der Mitte angebracht
5
An der Schachtel Nr. 1 brachte ich eine klare Acrylplatte Duraplex® by Plaskolite® mit einem 5 x 5 cm
großen Ausschnitt als Abdeckung der offenen Seite an (Abbildung 06), die dann mit durchsichtigem
Silikon an den freien Rändern der Wellpappeschachtel abgedichtet wurde.
Abbildung 06: Verifizierung von Robert Woods Experiment – 1te Phase, Schachteln in Richtung
der eintreffenden solaren Strahlung ausgerichtet. Beachten Sie das Loch in der Acrylplatte der
ersten Schachtel und die Ummantelung aus weißer Glaswolle an der dem Betrachter am nächsten
gelegenen Schachtel.
An der offenen Seite von Schachtel Nr. 2 brachte ich eine Silika-Glasplatte an, die dann mit
durchsichtigem Silikon an den freien Rändern der Wellpappeschachtel abgedichtet wurde.
Um die offene Seite von Schachtel Nr. 3 abzudecken, brachte ich eine klare Acrylplatte Duraplex ® by
Plaskolite® an, die dann mit durchsichtigem Silikon an den freien Rändern der Wellpappeschachtel
abgedichtet wurde.
Ich brachte zwei Folien aus kristallklarem Polyethylenfilm an der offenen Seite von Schachtel Nr. 4 an,
(dem Betrachter nächstgelegene Seite in Abbildung 06), um diese abzudecken, die dann mit
durchsichtigem Silikon an den freien Rändern der Wellpappeschachtel abgedichtet wurde. (Zwei Folien,
um unproportionalen konduktiven Wärmeverlust zu reduzieren).
Um die Verlässlichkeit des Experiments zu testen, wurden die vier Schachteln um 19 Uhr UTC
(13:00 Uhr CST) dem direkten Sonnenlicht ausgesetzt. Der erste Abschnitt des Experiments wurde
dann einige Tage später um 10:40 Uhr (CST) ausgeführt, wie unten detailliert beschrieben.
Die vier Schachteln wurden auf einem weißen Tisch unter einem Winkel von 23° 15’ aufgestellt,
damit die solare Strahlung die Schachteln senkrecht treffen und auf diese Weise Schattierung
vermieden würde.
6
Die vier Schachteln wurden vor dem Experiment mit einer Decke aus Aluminiumplastik mit einer
Reflektivität von 97% abgedeckt, bevor sie dem Sonnenlicht ausgesetzt wurden (Abbildung 07).
Abbildung 07: Verifizierung von Robert Woods Experiment – 1te Phase. Fotografie der vor dem
Versuch mit einer Aluminiumabdeckung geschützten Schachteln.
ERSTER ABSCHNITT DES EXPERIMENTS
Der Zweck dieses Abschnitts ist, die Resultate von Prof. Woods Experiment zu verifizieren.
Ich führte das erste Segment des Experiments am 25 Mai 2011 durch. Ich startete das Experiment um
10:00 Uhr (CST).
Ich beendete das Experiment um 11:10 Uhr (CST).
Die Koordinaten des Platzes, an dem das Experiment durchgeführt wurde, waren: Ort: San Nicolas de
los Garza, Nuevo Leon, Mexico
Breitengrad: 25º 48´ Nord
Längengrad: 100º 19' West
Höhe: 513 Meter über Meeresspiegel
7
ERGEBNISSE
Die während der ersten Phase des Experiments aufgezeichneten unmittelbar gemessenen Temperaturen
waren wie folgt:
Zeitverlauf
Start
5 min
10 min
15 min
20 min
25 min
30 min
40 min
60 min
70 min
Umgebungstemperatur
32,3
32,6
32,8
33,4
33,9
34,8
35,2
35,5
37,2
Acryl mit
Ausschnitt
43
57,6
59
60,7
62,4
65,4
66,7
67,1
69,5
Temperatur (°C)
Acryl, ohne
Glas
Ausschnitt
43,6
44,7
57,7
59,7
60,4
61,4
61,8
62,7
63
63,9
66,1
66,9
67,8
68,6
68,8
68,8
70,5
71,5
Polyethylen
Film
32,5
59,4
60,8
61,6
62,7
66,2
68,1
68,4
70,1
Unbedeckte
Box
45,4
BEOBACHTUNGEN
1.
Die Anfangstemperaturen der im Schatten gelagerten Schachteln waren höher als die
Umgebungstemperatur.
2.
Nach 1 Minute direkter Exposition zur Sonneneinstrahlung (nicht dargestellt) stieg die Temperatur
in allen Schachteln um ungefähr 2 Grad.
a) Ich beobachtete, dass die Temperatur in der Schachtel mit der eingeschnittenen
Acrylplatte niedriger als in den mit Polyethylen und der Acrylplatte ohne Einschnitt
bedeckten Schachteln blieb.
b) Ich beobachtete, dass die Temperatur in der mit der eingeschnittenen Acrylplatte
bedeckten Schachtel dieselbe wie die in der mit der Glasplatte bedeckten Schachtel war.
c) Ich beobachtete, dass die Temperatur in der mit dem Polyethylenfilm bedeckten Schachtel
niedriger als in der mit der einschnittfreien Acrylplatte bedeckten Schachtel war.
3. Nach 5 Minuten direkter Exposition zur Sonneneinstrahlung stieg die Temperatur in allen
Schachteln um circa 20 Grad an.
a) Ich beobachtete, dass die Temperatur im Innern der Schachtel mit der eingeschnittenen
Acrylplatte niedriger als die Temperatur in den anderen Schachteln war.
b) Ich beobachtete, dass die Temperatur im Innern der mit Polyethylenfilm bedeckten
Schachtel niedriger als die Temperatur im Innern der mit einer Glasscheibe und der
eingeschnittenen Acryplatte bedeckten war.
8
c) Ich beobachtete, dass die Temperatur im Innern der mit Glas bedeckten Schachtel annähernd
gleich wie die der mit Polyethylen abgedeckten war.
4. Nach 10 Minuten direkter Exposition zur Sonneneinstrahlung stieg die Temperatur in den
vier Schachteln weiter an.
a) Ich beobachtete, dass die Temperatur im Innern der mit einer Glasplatte bedeckten Schachtel
niedriger als im Innern der mit Polyethylenfilm abgedeckten Schachtel war.
b) Ich beobachtete, dass die Temperatur im Innern der mit der eingeschnittenen Acrylplatte
bedeckten Schachtel niedriger als in den verbliebenen Schachteln war.
c) Ich beobachtete, dass die Temperatur im Innern der mit der nicht eingeschnittenen Acryplatte
abgedeckten Schachtel höher als in den übrigen Schachteln war.
5. Nach 15 Minuten stieg die Temperatur in den vier Schachteln weiter an.
a) Ich beobachtete, dass die Temperatur im Innern der mit Silikaglas bedeckten Schachtel fast
dieselbe wie die Temperatur im Innern der mit Polyethylenfilm abgedeckten Schachtel war.
b) Ich beobachtete, dass die Temperatur im Innern der mit der eingeschnittenen Acrylplatte
bedeckten Schachtel niedriger als in den übrigen Schachteln war.
c) Ich beobachtete, dass die Temperatur im Innern der mit der nicht eingeschnittenen Acrylplatte
bedeckten Schachtel höher als in den verbliebenen Boxen war.
6. Nach 40 Minuten direkter Exposition zur Sonneneinstrahlung stieg die Temperatur in den Schachteln
weiter an.
a) Ich beobachtete, dass sich der Trend des Temperaturanstiegs in den vier Schachteln in einer
quasi-stabilen Art fortsetzte.
b) Ich beobachtete, dass die Temperatur im Innern der mit einer Glasplatte abgedeckten Schachtel
leicht höher als die Temperatur im Innern der mit Polyethylenfilm bedeckten Schachtel war.
c) Ich beobachtete, dass die Temperatur im Innern der mit der nicht eingeschnittenen Acrylplatte
bedeckten Schachtel nach wie vor höher als die Temperatur der übrigen Schachteln blieb.
d) Ich beobachtete, dass die Temperatur im Innern der mit der eingeschnittenen Acrylplatte
bedeckten Schachtel niedriger als die jeweilige Temperatur in den mit Glas, Acryplatte und
Polyethylenfilm bedeckten Schachteln war.
7. Nach 1 Stunde direkter Exposition zum Sonnenlicht nahm ich die Polyethylenfolie von der mit
„Polyethylenfilm“ bezeichneten Schachtel ab, wartete 10 Minuten und inspizierte die Temperatur im
Innern der Box. Ich fand, dass die Temperatur dramatisch von 70,1 °C auf 45,4 °C abgenommen
hatte.
9
SCHLUSSFOLGERUNGEN AUS DEM ERSTEN ABSCHNITT DES EXPERIMENTS
Die erste Phase des Experiments bestätigt die Resultate von Woods Experiment, aufgrund derer er
schloss, dass der Treibhauseffekt im Innern eines Treibhauses nicht auf die Zurückhaltung
langwelliger infraroter Strahlung zurückzuführen war, die durch die Glasscheiben der Wände
„eingefangen wurde“, sondern stattdessen auf eine Blockierung der Konvektion, d. h., des freien
Flusses von Luftströmungen zwischen dem Innern des Treibhauses und seiner Umgebung.
Der Grund für die höhere Temperatur für die im Schatten gelagerten Boxen ist, dass die schwarzen
Wände der Schachteln thermische Energie absorbieren, die von der Oberfläche des Lagerortes der
Boxen emittiert wurde und zusätzlich außer für die mit einer eingeschnittenen Acrylplatte bedeckten
Schachtel keine Konvektion erlaubt wurde, wodurch eine niedrigere Temperatur als in den mit Glas
und der nicht eingeschnittenen Acrylplatte abgedeckten Boxen hervorgerufen wurde, weil jene den
freien Fluss von Luftströmungen zwischen dem Innern der Schachtel und ihrer Umgebung erlaubte.
Die Temperatur in den mit Polyethylenfilm bedeckten Schachteln und jener, die mit Silikaglas
abgedeckt wurde, sind ähnlich, weil es nicht irgendeine „eingefangene“ Strahlung in den Schachteln
ist, die die Temperaturen ansteigen lässt, sondern die Unmöglichkeit freien konvektiven
Wärmeaustauschs zwischen der inneren und äußeren Umgebung der Schachteln.
Nach 10 Minuten Beobachtungszeit war die Temperatur der mit der eingeschnittenen Acrylplatte
bedeckten Box niedriger als die Temperatur in den anderen Schachteln, weil hier die Luft zwischen dem
Innern der Box und ihrer Umgebung frei fließen konnte.
Wenn das Argument zum Treibhauseffekt wahr wäre (Anmerkung des Übersetzers: ... dass der
Treibhauseffekt durch „zurückgehaltene Infrarotstrahlung“ verursacht wird, weil Glas für IR nicht
transparent ist), wäre die Temperatur in der mit gewöhnlichem Glas bedeckten Schachtel viel höher als die
Temperatur in der mit Polyethylenfilm bedeckten Box gewesen. Die Ergebnisse dieses ersten Abschnitts des
ersten Experiments zeigen klar, dass „eingefangene“ Strahlung nicht existiert und der Temperaturanstieg in
den Schachteln durch Blockierung der Konvektion verursacht wurde.
Beispielsweise hätte die Temperatur nach einer Stunde Exposition zum Sonnenlicht in der mit der
eingeschnittenen Acrylplatte bedeckten Schachtel gemäß der angenommenen Langwellenstrahlung, die
durch das Loch austrat (2,5%), 59,6 °C sein sollen; nichtsdestotrotz war die Temperatur 57,6 °C, was
5,2% niedriger als die zu erwartende Temperatur war, sollte der Erwärmungseffekt im Innern der Box
auf die Blockierung ausgehender Langwellenstrahlung zurückzuführen gewesen sein. Dies ist ein
Beweis dafür, dass es die Konvektion ist, die die beobachteten niedrigeren Temperaturen in der
Schachtel mit der eingeschnittenen Acrylplatte verursachte.
Der letzte Schritt der ersten Phase des Experiments – der im Öffnen der mit Polyethylen abgedeckten
und oben als „Unbedeckte Box“ bezeichneten Schachtel bestand – zeigt, dass der Anstieg der
Temperatur im Innern der Boxen auf die Blockierung konvektiven Wärmetransfers zwischen dem
inneren Raum der Schachtel und der Umgebung zurückzuführen war.
Sobald die mit dem Polyethylenfilm bedeckte Schachtel geöffnet wurde, begann die Temperatur zu
fallen. Die Temperatur von 45,4 °C wurde 30 Sekunden nach der Entfernung der Abdeckung gemessen
und wurde dann für 10 Minuten nach Entfernen des Films mit vernachlässigbaren Variationen beibehalten.
10
Der dramatische Abfall der Temperatur lag am konvektiven Wärmeaustausch mit der offenen
Atmosphäre.
Als Folgerung lässt sich sagen, dass Robert Wood mit seiner experimentellen Prozedur korrekt war und
die Ergebnisse seines Experiments adäquat sind. Der Anstieg der Temperatur im Innern eines
Treibhauses liegt nicht an im Innern des Treibhauses „eingefangener“ Strahlung, sondern der
Blockierung konvektiven Wärmeaustauschs.
Ich stelle die Ergebnisse mit Ausnahme der Umgebungstemperatur in der folgenden Abbildung dar:
Verifizierung von Robert Woods
Experiment - 1te Phase
Acryl%eingeschn.% Glas%
71,5%
69,5%
55%
%
%
%
%
%
%
%
%
%
%
%
50%
45,4%
45%
40%
35%
30%
Zeitverlauf%
11
70%min%
%
%
%
68,8%
67,1
%
60%min%
%
66,9%
65,4%
68,6%
66,7%
40%min%
%
%
30%min%
%
63,9%
62,4
%
Polyethylen%entfernt%
%
25%min%
%
61,4%
59
%
62,7%
60,7%
20%min%
%
59,7%
60%%% 57,6%
10%min%
%
65%
5%min%
%
70%
Temperatur%(°C)%
%
%
%
%
%
75%
%
Polyethylen%
%
%
%
%
80%
%
Acryl%ohne%Loch%
15%min%
%
ZWEITER ABSCHNITT DES EXPERIMENTS
Ziel dieses Abschnitts ist es, zu überprüfen, ob die weiße Glaswolle die Ursache für die Homogenität der
Temperaturen zwischen der mit Polyethylen und Glas bedeckten Box sein könnte. Zusätzlich wäre dies ein
zweiter Test, um das Experiment von Prof. Wood zu verifizieren.
26. Mai 2011; 10:40 Uhr (CST).
Die für diese Phase des Experiments benutzten Materialien sind dieselben, die im ersten Experiment
benutzt wurden mit Ausnahme der doppelten Lage Polyethylenfilm, die mit einer einzelnen Lage ersetzt
wurde. Eine einzelne Lage Polythylen wurde auch in den übrigen Abschnitten dieses Experiments
benutzt. Zusätzlich verwendete ich ein Anemometer.
Ich entfernte die weiße Glaswolle von den Wänden der vier Schachteln und bedeckte sie mit Reynolds’
Wrap Aluminiumfolie.
Ich ersetzte den kristallklaren Polyethylenfilm, mit dem die offene Seite der vierten Box bedeckt war, weil
ich ihn zerstört hatte, um den Effekt einer vollständig offenen Schachtel zu untersuchen.
Ich integrierte vier rotierende Rahmen als Träger der Schachteln, jeweils einen Rahmen an jeder Box, mit
dem Zweck, den Winkel der Boxen so zu verändern, dass sie immer senkrecht zum Strom des
Sonnenlichts ausgerichtet waren.
RESULTATE DES ZWEITEN ABSCHNITTS DES EXPERIMENTS
Ich führte das Experiment am 26. Mai 2011 durch. Ich startete das Experiment um 10:40 Uhr (CST).
Ich beendete das Experiment um 11:40 Uhr (CST).
Die Koordinaten des Platzes, an dem das Experiment durchgeführt wurde, waren:
Ort: San Nicolas de los Garza, Nuevo Leon, Mexico
Breitengrad: 25º 48´ Nord
Längengrad: 100º 19' West
Höhe: 513 Meter über Meeresspiegel
Ich habe die Ergebnisse des Experiments in der folgenden Tabelle aufgezeichnet:
12
Zeitverlauf
Windgeschw.
(Km/h)
Start
5 min
10 min
15 min
20 min
25 min
30 min
45 min
1 Stunde
0,4
0,2
0,1
0,1
0,2
0,1
4,2
6,8
7,2
Temperatur (°C)
Acryl,
Acryl,
PolyethylenUmgebung
Glas
eingeschnitten
ungeschnitten
Film
34,2
34,8
35,1
35,1
36
52,6
55,3
53,1
56,4
56
57,9
59,1
59
57,4
59,1
60,6
59,9
58,5
60,1
61,8
60,9
59
60,7
62,3
60,9
58,4
60,3
62,1
60,6
58,1
59,8
61
60,2
32,4
57,9
59,5
61,1
60,2
Beobachtungen:
1. Die Temperatur im Innern der mit der eingeschnittenen Acrylplatte bedeckten Box war immer
3° C niedriger als die Temperatur der mit der nicht eingeschnittenen Acrylplatte bedeckten
Schachtel.
2. Die Temperatur im Innern der mit dem Polyethylenfilm bedeckten Schachtel war fast genauso
hoch wie die Temperatur im Innern der mit der Silika-Glasplatte bedeckten Schachtel.
3. Die Temperatur im Innern der Boxen nahm ab, als der Wind mit mehr als 1 km/h zu wehen
begann.
4. Die Temperatur im Innern der mit der eingeschnittenen Acrylplatte bedeckten Schachtel war
immer niedriger als die Temperatur in den übrigen Boxen.
5. Die Temperatur im Innern der mit der nicht eingeschnittenen Acrylplatte bedeckten Box war
höher als die Temperatur in den mit Silikaglas und Polyethylenfilm abgedeckten Schachteln.
6. Die Zunahme der Windströmung außerhalb der Boxen resultierte in einer Abnahme der
Temperatur innerhalb der Schachteln. Schwacher Wind verursachte eine geringe Abnahme der
erwarteten Temperaturen bei den Messwerten für 30 min., 45 min. und 60 min.
SCHLUSSFOLGERUNGEN FÜR DEN ZWEITEN ABSCHNITT DES EXPERIMENTS
Der zweite Abschnitt bestätigt die Ergebnisse von Woods Experiment. Zusätzlich bestätigt dieser
Abschnitt, dass die Abwesenheit der weißen Glaswolle, mit der die mit dem Polyethylenfilm bedeckte
Schachtel eingepackt war, keine störenden Auswirkungen auf die Ergebnisse hatte.
Die Zunahme der Windströmung außerhalb der Schachteln wirkte auf die Wände der Boxen wie ein
Kühlmittel, das in einer Abnahme der Temperatur im Innern der Schachteln resultierte.
Die mit nur einer Lage Polyethylenfilm erzielten Resultate waren dieselben wie bei Verwendung einer
doppelten Lage Polyethylenfilm während des ersten Abschnitts des Experiments (vergleiche Abbildung
03).
13
Ich fand, dass die Acrylscheiben die solare Langwellenstrahlung in die Box und nach außen transmittieren
ließen, jedoch in einem sehr geringen Ausmaß; allerdings funktionierte dies mehr wie bei der SilikaGlasplatte als bei einer Platte aus Steinsalz.
Ich fand außerdem, dass der Polyethylenfilm, der von Prof. Pratt in seinem Experiment benutzt wurde, um
die Wirkungen der Steinsalzplatten zu simulieren [8] (Anmerkung des Übersetzers: Prof. Wood benutzte
in seinem Experiment von 1909 Steinsalzplatten, da diese sehr viel durchlässiger für IR sind als
gewöhnliches Glas) für diese Art Experiment exzellent ist, weil er die Transmission kurzwelligen IRs in
die Box erlaubt und der langwelligen Strahlung ermöglicht, sich frei in die Schachtel hinein und nach
außen zu bewegen.
Ich stellte die Resultate in der folgenden Abbildung dar. Die Umgebungstemperatur ist nicht dargestellt:
Verifizierung von Robert Woods Experiment – 2te Phase
Acryl,%eingeschn.%
%
40%
35%
Zeitverlauf%
14
1%hour%
45%min%
30%min%
25%min%
20%min%
30%
15%min%
%
45%
10%min%
%
%
%
50%
5%min%
%
55%
Start%
%
Temperatur%(°C)%
%
PolyethylenKFilm%
60%
%
%
Acryl,%ungeschn.%
65%
%
%
Glas%
DRITTER ABSCHNITT DES EXPERIMENTS
Der Zweck dieses Experiments ist, zu überprüfen, ob die langwellige Strahlung den Polyethylenfilm
passieren kann, wie dies vom Hersteller und anderen Autoren spezifiziert ist.
Ich führte das Experiment am 28. Mai 2011 durch 2011. Ich startete das Experiment um 16:00 Uhr (CST).
Ich beendete das Experiment um 17:30 Uhr (CST).
Die Koordinaten des Platzes, an dem das Experiment durchgeführt wurde, waren:
Ort: San Nicolas de los Garza, Nuevo Leon, Mexico
Breitengrad: 25º 48´ Nord
Längengrad: 100º 19' West
Höhe: 513 Meter über Meeresspiegel
METHODOLOGIE:
Ich konstruierte eine Holzstruktur mit einem Rahmen, der von einer Silika-Glasscheibe abgedeckt wurde
mit einer Gesamthöhe von 50 cm, so dass er die gesamte Acrylscheibe der ersten Box abdeckte. Dies
erfolgte, um das Experiment von Prof. Robert W. Wood [1] zu reproduzieren, der eine Platte aus
Silikaglas über die Schachteln legte, um die solare Langwellenstrahlung zu blockieren und davon
abzuhalten, in die Schachtel einzudringen. Dies würde dem Experiment von Prof. Wood ähneln, der eine
Steinsalzplatte und eine Abschirmung aus Silikaglas verwendete.
Ich platzierte drei Boxen auf einem weißen Tisch, der aus einem schlecht absorbierenden Material
hergestellt war; eine Schachtel bedeckt mit der nicht eingeschnittenen Acrylplatte, eine Box abgedeckt mit
Polyethylenfilm und eine Schachtel abgedeckt mit einer eingeschnittenen Acrylplatte, um Konvektion
zwischen dem inneren Raum der Box und der Umgebung zu ermöglichen.
Ich platzierte die hölzerne Struktur mit dem Silikaglas parallel oberhalb der mit der intakten Acrylscheibe
bedeckten Schachtel, so dass die Glasscheibe die langwellige infrarote Strahlung davon abhielt, die Box zu
erreichen; Silikaglas ist undurchlässig für langwelliges IR.
Ich beobachtete die Temperaturänderung in jeder Box alle fünf Minuten, außer um 16:35 Uhr. Ich habe
die Ergebnisse des dritten Experiments in der folgenden Tabelle zusammengefasst:
15
Uhrzeit (CST)
16:00
16:05
16:10
16:15
16:20
16:25
16:30
16:40
16:45
16:50
16:55
17:00
Box bedeckt mit
Acrylscheibe,
abgeschirmt durch
Silika-Glasscheibe
Box bedeckt mit
Polyethylenfilm
Temperatur (°C)
Temperatur (°C)
Box bedeckt mit
eingeschnittener
Acrylscheibe
Temperatur (°C)
44,5
55,2
57,2
57,7
58,5
57,1
57,5
56,8
56,6
56,4
56,5
56,6
44,5
57,8
60,2
61,2
61,8
60,8
61
60,6
60,2
60,0
59,9
59,8
40,0
48,5
55,9
59,4
60,1
58,4
58,9
58,7
58,1
57,3
58,0
58,3
Umgebungstemperatur
(°C)
38,9
39,1
39,3
39,3
39,4
39,6
39,2
39,2
39,2
39,2
39,3
39,2
Beobachtungen:
1. Ich beobachtete, dass, anders als bei den in Serie 1 und 2 erzielten Ergebnissen, die Temperatur in
der durch die mit der intakten Acrylplatte bedeckten, aber zum Zwecke der Verhinderung der
Transmission langwelliger solarer Infrarotstrahlung zusätzlich mit einer Silikaglasplatte
geschützten Box immer noch niedriger als jene der mit einer Acrylplatte und Polyethylenfilm
abgedeckten Schachteln blieb.
2. Ich beobachtete, dass die Temperatur im Innern der mit Polyethylenfilm abgedeckten Box höher
blieb als die Temperatur in der mit der eingeschnittenen Platte bedeckten.
Diese Tatsache wird durch den zweiten Abschnitt dieses Experiments bestätigt. Die Temperatur
der mit Polyethylenfilm bedeckten Box und die Temperatur der mit einer Silika-Glasplatte
abgedeckten Schachtel blieb jeweils höher als die von der eingeschnittenen Acrylplatte
bedeckten Box.
Nach Entfernen der Silikaglas-Abschirmung, die die Schachtel mit einer Acrylplatte schützte, waren die
Resultate wie folgt:
16
Uhrzeit (CST)
17:10
17:15
17:20
17:30
Box mit Acrylplatte
bedeckt, nach
Entfernen der
Silika-Glasscheibe
Temperatur (°C)
58,6
58,5
58,4
58,3
Box mit
Polyethylenfilm
bedeckt
Temperatur (°C)
59,1
58,5
58,3
58,2
Box mit
eingeschnittener
Acrylplatte bedeckt
Temperatur (°C)
57,4
56,8
56,7
56,8
Umgebungstemperatur
(°C)
39,2
39,2
39,2
39,0
3. Ich beobachtet, dass, nachdem der durch das Silikaglas ausgeübte Schutz vor langwelliger
Infrarotstrahlung entfernt wurde, die Temperatur im Innern der mit einer Acrylscheibe bedeckten
Box anstieg, bis sie eine höhere Temperatur als jene in der mit Polyethylenfilm und der
eingeschnittenen Acrylplatte erreichte.
SCHLUSSFOLGERUNGEN AUS DER DRITTEN PHASE DES EXPERIMENTS
Der dritte Abschnitt des Experiments bestätigt die Resultate von Woods Experiment [1].
Das Hinzufügen eines Glasschirms zum Zwecke des Schutzes der mit der nicht eingeschnittenen
Acrylplatte bedeckten Schachtel eliminierte die Absorption langwelliger solarer Infrarotstrahlung durch
die Acrylscheibe.
Die Polyethylenfolie funktioniert wie die von Prof. Robert W. Wood [1] eingesetzten SteinsalzScheiben. Die Temperatur in der mit der Polyethylenfolie bedeckten Schachtel war höher als in den
anderen Boxen. Dies bedeutet, dass das Polyethylen die Transmission von nach innen und außen
gerichteter langwelliger solarer Strahlung ermöglicht, aber die freie Konvektion in Richtung auf die
offene Umgebung blockiert. Deshalb ist der so genannte Treibhauseffekt nicht durch irgendwelches
Einfangen langwelliger Strahlung im Innern des Hauses bedingt, sondern durch Blockierung des freien
konvektiven Wärmetransfers, der in der mit einer eingeschnittenen Acrylplatte bedeckten Box erlaubt
wurde. Aus diesem Grund war die Temperatur der mit der eingeschnittenen Acrylplatte bedeckten
Schachtel niedriger als die Temperatur in den anderen Boxen.
Ich habe die Ergebnisse der dritten Phase des Experiments in der folgenden Abbildung dargestellt:
17
Verifizierung von Robert Woods Experiment – 3te Phase
Acrylplatte,%geschützt%von%einer%Platte%aus%gewöhnlichem%Glas%(°C)%%
Polyethylen%(°C)%
Eingeschnittene%Acrylplatte%(°C)%
%
Uhrzeit%(CST)%
18
17:00%
16:55%
16:50%
16:45%
%
0%
16:40%
%
%
10%
16:30%
%
20%
16:25%
%
30%
16:20%
%
40%
16:15%
%
50%
16:10%
%
60%
16:05%
Temperatur%(°C)%
%
16:00%
%
Umgebungstemperatur%(°C)%
70%
VIERTE PHASE DES EXPERIMENTS
Der Zweck dieses Experiments ist, Professor Woods Verwendung einer Glasscheibe vor einer Scheibe aus
Salz zu reproduzieren (indem ich Poly anstelle von Salz verwandte) und zu sehen, ob ich seine
Schlussfolgerungen nachbilden kann, sowie auch zu untersuchen, ob der Polyethylenfilm ähnlich wie
Steinsalzplatten die Passage lang- und kurzwelliger solarer IR erlaubt.
PROZEDUR
Für dieses Experiment konstruierte ich eine Pappschachtel und bedeckte ihre offene Seite mit einem
Polyethylenfilm. Die übrigen Seiten packte ich mit Reynolds’ Wrap Aluminiumfolie ein.
Ich konstruierte auch eine mit einer Silika-Glasscheibe bedeckte Box und packte die übrigen Seiten mit
Reynolds’ Aluminiumfolie ein.
Ich platzierte die beiden Schachteln auf einem Tisch, der aus schlecht absorbierendem Material bestand.
Ich nahm die schützende Aluminium-Plastik-Abdeckung ab, um die zwei Boxen direkter Sonnenbestrahlung auszusetzen. Während einer Stunde beobachtete ich alle fünf Minuten die Änderung der
Temperatur.
Bei der Markierung 75 Minuten brachte ich eine Abschirmung aus Silikaglas über der mit Polyethylenfilm
bedeckten Box an, um langwelliges solares IR vom Eintritt in die Schachtel abzuhalten und zeichnete die
Temperatur der Box auf.
Die Ergebnisse des vierten Experiments sind in der folgenden Tabelle aufgezeichnet:
Zeitverlauf
Start
5 min
10 min
15 min
20 min
25 min
30 min
35 min
45 min
50 min
55 min
60 min
75 min
Windgeschw.
Umgebung
(Km/h)
1,6
29,8
5,2
30,1
2,8
30,9
4,2
32,1
6,6
32,8
8,2
33,2
4,2
33,4
5,2
33,6
6,8
33,7
0,5
33,8
0,8
33,9
1,2
33,8
Temperatur (°C)
Glas
Polyethylen-Film
34,2
45,3
58,8
60
61,8
61,2
61,7
61,5
61,6
62,5
62,2
62,5
63,7
32,1
40,7
57,5
62
64,2
62,9
63,1
63,1
63
64
63,5
64
Abgeschirmter
Polyethylenfilm
59,2
19
Beobachtungen:
1.
Beim Start des Experiments beobachtete ich, dass die Temperatur in der mit der Silika-Glasplatte
abgedeckten Box höher als die Temperatur in der mit Polytehylenfilm bedeckten Box war.
2.
Die Temperatur der mit der Silika-Glasplatte und der mit Polyethylenfilm bedeckten Box war
höher als die Umgebungstemperatur.
3.
Nach fünf Minuten direkter Exposition zum Sonnenlicht stieg die Temperatur beider Boxen scharf
an.
4.
Nach zehn Minuten direkter Exposition zum Sonnenlicht war die Temperatur in der mit dem
Polyethylenfilm bedeckten Box höher als in der mit der Silika-Glasscheibe bedeckten Schachtel.
5.
Ich beobachtete, dass die Temperatur in der mit Polyethylenfilm bedeckten Schachtel bis zu einer
Stunde direkter Exposition zum Sonnenlicht höher als die Temperatur der mit einer SilikaGlasscheibe abgedeckten Box blieb.
6.
Ich beobachtete, dass nach 25 Minuten direkter Exposition zum Sonnenlicht der Wind zunahm. Ich
beobachtete, dass die Temperatur der Boxen abnahm. Dasselbe Phänomen ereignete sich nach 35
und 45 Minuten Exposition.
7.
Ich beobachtete, dass die Temperatur der mit Polyethylenfilm bedeckten und durch den SilikaGlasschirm abgeschirmten Box nach 15 Minuten Exposition zur Sonnenstrahlung dramatisch
abfiel.
SCHLUSSFOLGERUNGEN ZUM VIERTEN ABSCHNITT DES EXPERIMENTS
Angesichts der Tatsache, dass das Polyethylen die Passage solaren Langwellen- und Kurzwellen-IRs
erlaubt, war die Temperatur im Innern der mit dem Polyethylenfilm bedeckten Box immer höher als die
Temperatur der mit der Silika-Glasplatte bedeckten Schachtel. Dies bedeutet, dass mehr Strahlung in die
mit dem Polyethylenfilm bedeckte Box eindrang als in die mit dem Silikaglas abgedeckte, weil letzteres die
Passage solarer Langwellenstrahlung blockiert.
Als ich den Silika-Glasschirm vor die mit dem Polyethylenfilm bedeckte Box anbrachte, fiel die
Temperatur in dieser Box innerhalb 15 Minuten dramatisch um 4,8 °C ab. Dies bedeutet, dass der
Polyethylenfilm ein guter Ersatz für das Steinsalz-Glas ist, weil es die Passage kurz- und langwelligen IRs
in die Box hinein und aus der Box heraus erlaubt.
Da der Polyethylenfilm einen höheren Transparenzindex für IR hat, ist der einzig mögliche Grund für die
erhöhte Temperatur innerhalb der Box die Blockierung konvektiven Wärmetransfers. Andernfalls hätte die
Abstrahlung von IR aus der Schachtel heraus ihre innere Temperatur sehr nahe an der
Umgebungstemperatur gehalten.
Das Experiment von Prof. Robert W. Wood ist durch die 4 Phasen des Experiments validiert.
Ich habe die Ergebnisse des vierten Abschnitts des Experiments in der folgenden Abbildung
aufgezeichnet:
20
Verifizierung von Robert Woods Experiment – 4te Phase
Temperatur (°C) Umgebung
Temperatur (°C) Glas
Temperatur (°C) Polyethylen-Film
Polyethylen mit Glasschirm
70%
%
75 min
60 min
55 min
50 min
45 min
25%
35 min
%
%
%
%
30%
30 min
%
35%
25 min
%
40%
20 min
%
45%
15 min
%
50%
10 min
%
55%
5 min
%
%
59,2%
60%
Start
%
Temperatur%(°C)%
%
%
64%
65%
%
%
Zeitverlauf%
%
Erklärung zum oben abgebildeten Schaubild: Die Glasscheibe erlaubt der solaren Kurzwellenstrahlung,
in die Box einzudringen, blockiert aber den größten Teil der solaren infraroten Langwellenstrahlung;
deshalb passiert nur solare Kurzwellenstrahlung das Glas in die mit dieser Scheibe bedeckte Schachtel.
Andererseits erlaubt der Polyethylenfilm der solaren Kurz- und Langwellenstrahlung, in die Box ein- und
aus ihr herauszutreten. Deshalb ist die Temperatur der inneren Oberfläche der mit Polyethylen (PE)
abgedeckten Schachtel höher als die Temperatur im Innern der mit Glas bedeckten Box (mehr IR tritt in die
mit PE bedeckte Box als in die mit Glas abgedeckte Schachtel ein und wird von den schwarzen Wänden der
Schachtel absorbiert.)
Als ich den Glasschirm über der mit PE bedeckten Box anbrachte, wurde der größte Teil der solaren
Langwellenstrahlung durch den Glasschirm blockiert und es trat hauptsächlich die solare
Kurzwellenstrahlung in die mit dem PE-Film bedeckte Schachtel ein; als Konsequenz sank die Temperatur
in dieser Box ab. Ich ließ einen Spalt zwischen dem Silika-Glasschirm und der PolyethylenfilmBedeckung frei, so dass der durch Konvektion bedingte Wärmetransfer durch diesen Spalt ausgiebig
stattfinden konnte.
Angesichts der Tatsache, dass es der Polyethylenfilm der Langwellenstrahlung erlaubte, die Box zu
betreten, fiel die Temperatur dieser Schachtel, als ich sie mit der Glasscheibe abschirmte, auf einen
niedrigeren Wert als die Temperatur im Innern der mit Glas bedeckten Box, weil die
Glasabschirmung nur den Fluss kurzwelliger Strahlung erlaubte.
21
Anmerkung des Übersetzers: der obige Absatz ist im Original missverständlich. Nach Rückfrage
beim Autor habe ich ihn entsprechend korrigiert dargestellt.
FÜNFTES EXPERIMENT
Der Zweck dieses Experiments ist, die Temperaturveränderungen einer in weiße Glaswolle
eingepackten Box, ähnlich des Experiments von Prof. Wood, mit einer in Reynolds’ Wrap Aluminumfolie
ummantelten Schachtel zu vergleichen.
Im letzten Teil dieses Experiments schnitt ich den Polyethylenfilm beider Schachteln ein, so dass der
Konvektionseffekt offensichtlich wurde.
PROZEDUR
Ich konstruierte zwei mit Polyethylenfilm bedeckte Schachteln. Die erste war in weiße Glaswolle
eingepackt und die zweite in Aluminiumfolie.
Ich platzierte beide Schachteln während einer Stunde unter direktes Sonnenlicht und zeichnete die im
Innern jeder Box herrschenden Temperaturen auf.
Die Ergebnisse des fünften Experiments sind in der folgenden Tabelle dargestellt:
Zeitverlauf
Umgebung
Start
5 min
10 min
15 min
20 min
25 min
30 min
35 min
40 min
45 min
50 min
55 min
60 min
70 min
75 min
80 min
85 min
90 min
30,1
31,6
32
32,1
32,3
32,4
32,6
32,7
32,8
32,6
32,7
32,7
33,1
33,3
33,3
33,4
33,4
33,5
Polyethylen-Film,
Box mit weißer
Glaswolle
32,4
45,6
57,7
61,8
66,0
68,2
70,6
72,5
73,3
70,3
71,4
72,1
73,8
Temperatur (°C)
Polyethylen-Film,
Teilweise offene
Box mit weißer
Box mit
Glaswolle
Aluminiumfolie
31,8
40,8
57,6
60,1
61,6
61,9
63,7
64,9
64,5
60,1
61,2
62,0
64
69,9
67,6
68,2
66,8
67,2
22
Teilweise
offene Box mit
Aluminiumfolie
59,5
59,2
60,0
58,5
59,1
Beobachtungen:
1.
Ich beobachtete, dass die Temperatur in der mit weißer Glaswolle eingepackten Box immer
höher als in der mit Aluminiumfolie ummantelten Schachtel war.
2.
Ich beobachtete einen scharfen Temperaturabfall, als der Polyethylenfilm in den Boxen
aufgeschnitten wurde.
3.
Ich beobachtete, dass sich die Temperaturdifferenz zwischen der mit weißer Glaswolle und
Aluminiumfolie eingepackten Box stabilisierte, nachdem ihre jeweiligen Polyethylenfilme
eingeschnitten wurden.
SCHLUSSFOLGERUNGEN AUS DEM FÜNFTEN ABSCHNITT DES EXPERIMENTS
Prof. Robert W. Wood mag sehr hohe Temperaturen ähnlich den von mir beobachteten Temperaturen
der mit weißer Glaswolle eingepackten Box beobachtet haben. Meine Ergebnisse bestätigen, dass weiße
Glaswolle ein guter Isolator gegen Wärmeverluste durch Konduktion ist.
Aus den Ergebnissen, die nach Aufschneiden des Polyethylenfilms beider Boxen erhalten wurden, ist auch
offensichtlich, dass die Erwärmung der Luft in den mit Polyethylenfilm versiegelten Schachteln durch die
Blockierung der freien Konvektion zwischen dem Inneren der Box und der offenen Umgebung und nicht
durch langwelliges, in der Box „eingefangenes“ IR verursacht wurde, weil der Polyethylenfilm den freien
Fluss langwelligen IRs in die Box hinein und aus der Box heraus ermöglicht.
Die Temperaturen im Innern der Schachteln waren höher als die Umgebungstemperaturen, weil die
mattschwarze Farbe ein guter Absorber und Emitter für infrarote Strahlung mittlerer Wellenlängen ist.
Gemäß des Kirchhoffschen Gesetzes wird das Luftvolumen in der Grenzschicht zwischen den Schachteln
und der Atmosphäre durch Konduktion und Konvektion erwärmt, insbesondere in den ersten 10
Zentimetern Luft innerhalb der Boxen.
Ich habe die Resultate in der folgenden Abbildung dargestellt:
23
Verifizierung von Robert Woods Experiment – 5ter Abschnitt
Temperatur%(°C)%Umgebung%
%
Temperatur%(°C)%PolyethylenKFilm,%Glaswolle%
%
Temperatur%(°C)%PolyethylenKFilm,%Aluminiumfolie%
%
Temperatur%(°C)%Partiell%offene%Box,%Glaswolle%
%
24
90%min%
85%min%
%
80%min%
%
75%min%
%
70%min%
%
60%min%
%
55%min%
%
50%min%
Zeitverlauf%
%
%
%
%
%
%
%
45%min%
Temperatur%(°C)%
25%
40%min%
25%
35%min%
35%
30%min%
35%
25%min%
45%
20%min%
45%
15%min%
%
%
%
%
55%
%
%
55%
10%min%
%
65%
%
%
65%
5%min%
%
75%
%
%
75%
%%%%Start%
%
85%
%
Temperatur%(°C)%
%
Temperatur%(°C)%Partiell%offene%Box,%Aluminiumfolie%
85%
SECHSTES EXPERIMENT
Die Hypothese zum Treibhauseffekt gründet in dem Argument, dass die Atmosphäre den Fluss
langwelliger infraroter Strahlung von der Erdoberfläche in den Weltraum hemmen würde.
Diese Hypothese basiert auf einer von Svante Arrhenius 1885 aufgestellten Spekulation [15], dass das
Kohlendioxid als Speicherraum für Wärme in der Atmosphäre agieren würde.
Die Hypothese besagt, dass ein großer Teil der von der Sonne eintreffenden Kurzwellenstrahlung die
Erdatmosphäre durchdringt, die Oberfläche – Land und Ozeane – trifft und sie aufheizt. Weil die solare
Lang- und Kurzwellenstrahlung von der Oberfläche absorbiert wird, strahlt diese Langwellenstrahlung
ab, die effektiv von den Treibhausgasen in der Atmosphäre absorbiert, von ihnen gespeichert und auf
die Oberfläche zurückgestrahlt wird, wodurch sie mehr und mehr erwärmt wird.
Das von der Treibhauseffekt-Hypothese vorgebrachte Prinzip basiert auf der Idee, dass in einem
wirklichen Treibhaus die Glasscheiben den Eintritt solarer Kurzwellenstrahlung in das Innere des
Treibhauses ermöglichen, aber die von den inneren Oberflächen emittierten Langwellen zurückhalten,
so dass sie nicht aus dem umschlossenen Raum entweichen können.
Um diese Hypothese zu überprüfen, führte ich ein Experiment durch, in dem ich zwei Schachteln
verwendete, bei denen 5 Seiten aus Pappe bestanden und die offene Seite mit Polyethylenfilm abgedeckt
war. Der Polyethylenfilm erlaubt die Passage sowohl kurzwelliger als auch langwelliger infraroter
Strahlung.
Eine der Boxen war vollständig mit dem Polyethylenfilm bedeckt und abgedichtet, während nur 53% der
offenen Seite der anderen Box mit dem Polyethylenfilm abgedeckt wurden.
Ich platzierte in jeder Box ein Thermometer, um die Temperatur während einer Stunde aufzuzeichnen; die
beobachteten Temperaturen las ich alle fünf Minuten ab.
Ich stellte die Boxen auf einem 2,54 cm dicken Tisch aus Polyethylen hoher Dichte auf, so dass sie für
eine Stunde direkt dem Sonnenlicht ausgesetzt wurden und zeichnete die Temperatur jeder Schachtel auf.
Falls die Treibhauseffekt-Hypothese wahr wäre, wären die Temperaturen in beiden Schachteln gleich, weil der
nach außen gerichtete Wärmetransfer für beide Boxen gleich wäre.
Falls die Treibhauseffekt-Hypothese anderseits falsch wäre, müsste sich ein Temperaturunterschied wegen
des konvektiven Wärmetransfers einstellen, der in der teilweise abgedeckten Schachtel ermöglicht wurde.
Um die Resultate zu bestätigen, platzierte ich eine Glasabschirmung vor der teilweise mit
Polyethylenfilm bedeckten Box.
Für den Fall, dass die Treibhauseffekt-Hypothese wahr sein sollte, würde die Temperatur der teilweise mit
Polyethylen bedeckten Box durch den Effekt des konvektiven Wärmetransfers nicht abnehmen, sondern stabil
bleiben oder ansteigen, weil die von den inneren Oberflächen der Box emittierte Langwellenstrahlung
zurückgehalten würde, während die solare Kurzwellenstrahlung auch durch das Glas hindurch in die Box
eintreten könne. In diesem Fall sollte die Temperatur der teilweise mit Polyethylen bedeckten Schachtel also
höher als die der anderen, nicht mit Glas beschirmten Box sein.
25
Prozedur:
Ich stellte die Boxen auf einem 2,54 cm dicken Tisch aus Polyethylen hoher Dichte 80 cm über dem Boden
auf.
Ich bedeckte die beiden Schachteln vor dem Experiment mit einer Abdeckung aus Aluminium und Plastik,
um die Sonnenstrahlen davon abzuhalten, vor dem Start des Experiments in die Boxen einzudringen.
Um 16:00 Uhr (CST) nahm ich die Aluminium-Plastik-Abdeckung ab, um beide Boxen gleichzeitig den
Sonnenstrahlen auszusetzen.
Ich zeichnete die Temperaturen beider Boxen bis zu einer Stunde alle 5 Minuten auf.
Nach einer Stunde Beobachtungszeit stellte ich die Aufzeichnung der Temperatur der vollständig mit
Polyethylenfilm bedeckten Box ein.
Ich platzierte eine Abschirmung aus Silikaglas 50 cm vor der teilweise mit Polyethylenfilm abgedeckten
Schachtel, so dass die solaren Langwellenstrahlen die inneren Oberflächen der Schachtel nicht erreichen
konnten.
Ich fuhr damit fort, die Temperaturen der teilweise mit Polyethylenfilm bedeckten Box alle 5 Minuten
aufzuzeichnen.
Ich zeichnete die Ergebnisse der beiden Phasen des Experiments in der folgenden Tabelle auf:
Zeitverlauf
Umgebung
Start
5 min
10 min
15 min
20 min
25 min
30 min
35 min
40 min
45 min
50 min
55 min
60 min
5 min
10 min
15 min
20 min
25 min
30 min
34,4
34,8
35,1
35,1
35,2
35,2
35,3
35,3
35,3
35,3
35,5
35,7
35,6
35,6
35,6
35,7
35,5
35,5
35,4
Temperatur (°C)
47% eingeschnittener
Polyethylenfilm
Polyethylenfilm
36,5
37,7
41,4
52
48,6
60
49
60,8
47,5
60,5
48,2
60,1
47
60
47
59,5
47,2
59,4
46,8
58,9
46,5
58,8
47,4
59
46,3
58,1
LDPE Film mit
Glasplatte abgeschirmt
45,2
45
44,1
43,5
43,8
43,4
26
Beobachtungen:
1. Ich beobachtete, dass die Temperatur in der mit dem partiell eingeschnittenen Polyethylenfilm
niedriger als in der vollständig mit Polyethylenfilm bedeckten Box war.
2, Ich beobachtete, dass die Temperatur der mit dem Silikaglas abgeschirmten Box nach dem
Anbringen der Abschirmung sank.
Schlussfolgerungen aus dem sechsten Abschnitt des Experiments:
Die Temperatur in der teilweise mit Polyethylenfilm bedeckten Schachtel nahm nach Anbringen des
Silika-Glasschirms ab, weil das Silikaglas die langwellige solare Infrarotstrahlung blockierte und ihr
nicht erlaubte, die inneren Flächen der Box zu treffen, um sie aufzuheizen.
Silikaglas hielt die langwellige Strahlung davon ab, in die mit dem Polyethylenfilm abgedeckte Schachtel
einzudringen; als Konsequenz davon sank die Temperatur der partiell mit dem Polyethylenfilm bedeckten
Box, nachdem ich sie mit der Glasscheibe beschirmte. Letzteres liegt an einer niedrigeren Beaufschlagung
mit in die Box eindringender thermischer Energie, weil die Glasscheibe nur die Passage kurzwelliger
Infrarotstrahlung ermöglichte.
Die Temperatur in der mit dem teilweise eingeschnittenen Polyethylenfilm bedeckten Box blieb
niedriger als die Temperatur der vollständig mit Polyethylen abgedeckten Schachtel, weil ich bei
ersterer den konvektiven Wärmeaustausch zwischen dem Inneren der Box und der Umwelt erlaubte.
Angesichts der Tatsache, dass sowohl die kurzwellige als auch die langwellige von der Sonne ankommende
Strahlung die Boxen frei betreten und verlassen konnte, ist die einzig mögliche Erklärung für die niedrige
Temperatur der im Vergleich zur vollständig versiegelten Box teilweise geöffneten Schachtel der freie
konvektive Wärmeaustausch mit der Umgebung.
Die Ergebnisse dieses Abschnitts des Experiments und insbesondere die Tatsache, dass die Temperatur
in der mit einem partiell eingeschnittenen Polyethylenfilm bedeckten Box niedriger als die Temperatur
der mit einem intakten Polyethylenfilm abgedeckten Schachtel war, zeigen, dass die Hypothese eines
durch von der Atmosphäre „eingefangene“ Langwellenstrahlung verursachten Treibhauseffekts falsch
ist.
Ich habe die Ergebnisse in der folgenden Abbildung dargestellt:
27
Erläuterungen:
„Eingeschn. Polythylen Film“ = Eingeschnittener Polyethylenfilm
„Abgesch. Polyethylen Film“ = Abgeschirmter Polyethylenfilm
„Glass Screen placed in front of the partially cut polyethylene film“ = Glasscheibe vor dem
teilweise eingeschnittenen Polyethylenfilm platziert
28
TESTVERSUCH
Als erforderlichen Rückblick zur Überprüfung der Schlussfolgerungen der vorherigen Experimente
entschloss ich mich, ein Experiment durchzuführen, bei dem ich eine offene Box (mit mattweißem Inneren)
und einer von einem Polyethylenfilm abgeschirmten Box mit mattschwarzem Inneren verwendete, und die
Temperaturen beider zu vergleichen.
Mit dieser Absicht im Sinn konstruierte ich eine neue Schachtel, bedeckte sie mit Reynolds’ Aluminum
Folie und strich ihre inneren Oberflächen mit mattweißer Farbe an.
Ich legte ein rechteckiges Stück Aluminiumfolie auf drei kreuzweise miteinander verbundene
Angelschnüre, um den darunter gelegenen Messfühler des Thermometers zu schattieren und ihn vor
direkter Sonneneinstrahlung zu schützen.
Ich benutzte zum Vergleich die mit dem Polyethylenfilm abgedeckte Schachtel, die ich im vierten
Abschnitt des Versuchs verwendet hatte.
Ich führte das Experiment am 11. Juni 2011 durch.
Ich startete das Experiment um 16:00 Uhr (CST)
Ich beendete das Experiment um 17:00 Uhr (CST)
Die Koordinaten des Platzes, an dem das Experiment durchgeführt wurde, waren: Ort: San Nicolas de
los Garza, Nuevo Leon, Mexico
Breitengrad: 25º 48´ Nord
Längengrad: 100º 19' West
Höhe: 513 Meter über Meeresspiegel
Zusammenfassung der Temperaturaufzeichnungen:
Ich stellte die zwei Schachteln auf einem Tisch aus Polyethylen hoher Dichte (HDPE) und niedriger
Absorption auf.
Das Experiment startete um 16:00 Uhr (CST) und endete um 17:00 Uhr (CST).
29
Ich habe die Ergebnisse des Experiments in der nachfolgenden Tabelle aufgezeichnet:
Zeitverlauf
Start
5 min
10 min
15 min
20 min
25 min
30 min
35 min
40 min
45 min
50 min
55 min
60 min
Temperatur (°C)
Polyethylen
Kontrolle Unterschied
35,4
47,6
52,8
54
55,7
56,8
55
54,8
54,5
54,4
55
53,1
53,9
35,4
43,2
41,9
43
43,6
44,1
42,6
43,4
43
43,1
43,6
42,8
42,9
0
4,4
10,9
11
12,1
12,7
12,4
11,4
11,5
11,3
11,4
10,3
11
Beobachtungen:
1. Ich beobachtete, dass die anfänglichen Temperaturen in beiden Boxen exakt identisch waren.
2. Fünf Minuten nach dem Start des Experiments stiegen die Temperaturen beider Boxen an;
allerdings war die Temperatur in der mit dem Polyethylenfilm bedeckten Box höher als die
Temperatur der Kontrollbox.
3. Zehn Minuten, nachdem ich das Experiment gestartet hatte, stieg die Temperatur in der mit dem
Polyethylenfilm bedeckten Schachtel beträchtlich mehr an als die Temperatur in der
Kontrollbox. Der Temperaturunterschied zwischen den beiden Schachteln betrug 10,9° C.
4. 25 Minuten, nachdem ich das Experiment gestartet hatte, war der Unterschied zwischen der
mit Polyethlylenfilm bedeckten und der Kontrollbox 12,7 °C.
5. Ich beobachtete, dass der Temperaturunterschied zwischen der mit Polyethlylenfilm bedeckten
und der Kontrollbox bis zum Ende des Experiments mehr oder weniger stabil blieb.
30
Ich trug die Ergebnisse im folgenden Schaubild auf:
Kontrollexperiment zum Treibhauseffekt
)Temperatur)(°C))Kontrollbox)
)
)Temperatur)(°C))Polyethylen)
)
30)
30)
Zeitverlauf)
31
60)min)
35)
55)min)
35)
50)min)
40)
45)min)
40)
40)min)
45)
35)min)
)
45)
30)min)
)
)
)
50)
25)min)
)
50)
20)min)
)
55)
15)min)
)
55)
10)min)
)
60)
5)min)
)
60)
)))))Start)
)
)))))))))))Temperatur)(°C))Polyethylen,)geglättet)
Temperatur)der)offenen)Box)(°C))
)
Temperatur)in)der)mit)Polyethylen))
bedeckten)Box)(°C))
))))))))))))))))))Temperatur)(°C))Kontrollbox,)geglättet)
)
Nachdem dieser Kontrollversuch beendet war, verglich ich den Temperaturanstieg einer mit
Polyethylenfilm bedeckten Box, die in Aluminiumfolie eingewickelt war, mit einer Standardbox, die an
einer Seite vollständig offen war, keine angestrichenen Flächen besaß und auch nicht in Aluminiumfolie
eingepackt wurde (eine Standardbox wie geliefert, mit Ausnahme des Korkblocks, der den Messfühler des
Thermometers hielt und der zwei kleinen Holzquadrate, mit der sie an der Tragstruktur befestigt wurde).
Ich setzte beide Schachteln der Sonnenstrahlung aus. Das Experiment wurde um 15:30 Uhr (CST)
gestartet und um 16:30 Uhr (CST) beendet.
Die Temperatur wurde alle fünf Minuten aufgezeichnet. Ich habe die Temperaturverläufe in der
folgenden Tabelle dargestellt:
Zeitverlauf
Temperatur (°C)
Polyethylen
Kontrolle
Standard BoxB
Umgebung
Wind Speed
(Km/h)
Unterschied (°C)
Starting
38,3
38,5
35,2
2
-0,2
5 min
57,6
44,7
35,7
2,2
12,9
10 min
60,5
45,9
35,9
1,8
14,6
15 min
62,3
45,5
36,8
2,6
16,8
20 min
61,1
44,8
37,7
3,6
16,3
25 min
60,1
44,6
37,8
3,8
15,5
30 min
60,2
44,3
38
2,6
15,9
35 min
61,1
45,4
38,4
0,6
15,7
40 min
61,2
44,6
38,4
1,3
16,6
45 min
60,9
45,7
38,7
0,2
15,2
50 min
62,8
46,3
38,8
0,4
16,5
55 min
63,1
46,4
38,8
0,4
16,7
60 min
63
46,3
38,6
0,2
16,7
32
Das folgende Schaubild stellt die Ergebnisse grafisch dar:
Kontrollexperiment zum Treibhauseffekt – Standard-Box
)Temperatur)(°C))Polyethylen)
)Temperatur)(°C))Kontrolle,)StandardJBox)B))
)Temperatur)(°C))Umgebung)
65)
)
Zeitverlauf)
33
60)min)
55)min)
50)min)
45)min)
40)min)
35)min)
30)min)
)
30)
25)min)
)
)
)
35)
20)min)
)
40)
15)min)
)
45)
10)min)
)
50)
5)min)
)
55)
Start)
)
60)
Temperatur)(°C))
)
ALLGEMEINE SCHLUSSFOLGERUNGEN:
Der Treibhauseffekt im Innern von Treibhäusern wird durch die Blockierung konvektiven
Wärmetransfers verursacht und steht nicht in Beziehung zu, noch gehorcht er, irgendeiner Art von
„eingefangener“ Strahlung. Deshalb existiert der Treibhauseffekt so, wie er in vielen Lehrbüchern und
Artikeln beschrieben wird, nicht.
Das 1909 von Prof. Robert W. Wood durchgeführte Experiment ist absolut gültig und systematisch
wiederholbar.
Im Durchschnitt verursacht die Blockierung konvektiven Wärmetransfers zur Umgebung einen Anstieg der
Temperatur im Innern von Treibhäusern um 10,03° C im Vergleich zur Umgebungstemperatur.
LITERATURVERWEISE:
1. http://www.tech-know.eu/uploads/Note_on_the_Theory_of_the_Greenhouse.pdf
2. http://www.hannainst.com/manuals/manHI_98501_02_05_06.pdf
3. http://cemszmkpl,en,makepolo,com/productshow/4569429,html
4. Herstellerspezifikationen
5. Pitts, Donald and Sissom, Leighton, Heat Transfer, 1998, McGraw-Hill
6, Modest, Michael F., Radiative Heat Transfer-Second Edition, 2003, Elsevier Science, USA and
Academic Press, UK,
7. http://www.engineeringtoolbox.com/thermal-conductivity-d_429.html
8. http://boole.stanford.edu/WoodExpt/
9. http://www.atoglas.com/literature/pdf/81.pdf
10. http://people.csail.mit.edu/jaffer/FreeSnell/polyethylene.html
11. http://www.fao.org/docrep/T0455E/T0455E0o.html
12. http://web.archive.org/web/20061213003555/http://chem.arizona.edu/courses/chem245/polyeth.html
13. http://www.koverholt.com/pubs/Overholt_CSSCIpaper_2009.pdf
14. http://en.wikipedia.org/wiki/File:Polycarbonate_IR_transmission.png
15. http://www.eoearth.org/article/Arrhenius,_Svante_August
16. http://www.astm.org/Standards/D2103.htm
34