Сонячне випромінювання   

Вступ

     Сонце та зорі є природніми джерелами випромінювання та світла. В цій роботі розглянуто світлові та енергетичні характеристики Сонця: теоретично  та експериментально за результатами  нескладних досліджень його дії  на різні середовища.

1.Випромінювання та світло.                                   

1.1.Променевий та світловий потоки. Освітленість.                                               

Потік випромінювання або променевий потік Ф_З-це енергія, що переноситься електромагнітними хвилями, через поверхню за одиницю часу;-одиниця вимірювання- ват(Вт). Світловий потік Ф характеризує потужність видимої частини випромінювання,  що оцінюється за дією цього випромінювання на око людини;-одиниця вимірювання-люмен(лм). Променевий потік від Сонця для Землі на одиницю площі поверхні(сонячна стала) jз=Фз=1370 Вт/м² . Сонячне випромінювання, проходячи крізь атмосферу Землі, втрачає приблизно 370 Вт/м²   і до земної поверхні доходить тільки  jп=1000 Вт/м². Відношення світлового потоку Ф, що падає на поверхню, до площі S цієї поверхні називається освітленістю:        

                                                   Е=Ф/S;  одиницею освітленості є люкс(лк)=лм/м²                                                  

1.2. Деякі відомості про випромінювання та світло Сонця.                                                                                                      

1лм  монохроматичного світлового потоку з довжиною хвилі 550нм (зелений колір-найчутливіший для ока) відповідає променевому потоку 0.001464Вт;тобто 1Вт такого випромінювання складає 683лм.Світлова віддача цього ідеального джерела світла була б 683лм/Вт.                                                                                                                     

Освітленість променями Сонця в полудень(Сонце в зеніті) на середніх широтах Е=100000лк.Цій освітленості  відповідає сонячна енергія на поверхні Землі  jп=1000Вт/м². Тобто, Ф=100000лм світлового потоку Сонця, дають променевий потік(енергію) 1000Вт, або 1Вт випромінювання Сонця відповідає світловому потоку 100лм. Світлова віддача Сонця на Землі складає 100лм/Bт, що є краще, ніж у ламп розжарювання, що співмірно з люмінесцентними лампами та світлодіодними лампами. Світлова енергія за 1 секунду на квадратний метр складає W=Ф/683=146.4Вт/м² .

2. Випромінювання та світло Сонця                                                               

2.1. Характеристика  випромінювання Сонця:                                                  

1)світловий ККД: (100000/683)/10000=0.1464;                                                           

 2)тепловий ККД:(1000-146.4)/1000=0.8536;                                                       

3)світлова віддача:100000/1000=100лм/Вт                                                                                     

Висновок:                                                                                                          

1)Сонце є  джерелом світла і тепла; світлова енергія Сонця у 5.83  разів менша за теплову енергію та у 6.83 разів менша за  енергію випромінювання.

2.2.Дія випромінювання Сонця на Землю та Місяць                                           

Використавши значення сталої Сонця для Землі та Місяця  оцінимо максимальну  температуру їхніх поверхонь  за формулами(-стала Стефана-Больцмана ; r=1а.о. - відстань від Землі до Сонця):σ=5,67·10^-8 Вт/(м²  · К⁴)
j=j₃/r² ; Т= ⁴√(j/σ)  ; отримуємо такі результати (Табл.1)

Табл.1. Сталі Сонця для Землі та Місяця та максимальні температури поверхонь

Отримані результати можуть відрізняються для ЗЕМЛІ від дійсних значень із-за поглинання, відбивання, розсіювання та інших явищ, що відбуваються в її атмосфері,  на поверхні та в надрах . Так як Місяць має дуже розріджену атмосферу, розраховане значення температури відповідає температурі освітленої Сонцем сторони Місяця.

 2.3.Опромінення променями Сонця різних поверхонь.    

       Опроміненню підлягали такі середовища: зовнішнє повітря в тіні; повітря під променями Сонця; подзеркалена поверхня; почорнена поверхня. Освітленость від Сонця  Е=70000лк( енергетична світність Сонця 700 Вт/м² ),що відовідає розрахунковій температурі Т=333К(60⁰С) над поверхнею Землі.

 Зовнішнє повітря в тіні прогрілось до температури tв= -1⁰С ( Тв= 272К );повітря під променями Сонця- прогрілось до температури tв=32⁰С темпера(Тв=305К );

подзеркалена поверхня прогрілась до температура tв=24⁰С ( Тв=297К ); почорнена поверхня прогрілась до температура tв=43⁰ ( Тв=316К ).

 Коефіцієнти поглинання цих середовищ Кп=(Тв/Т)⁴: морозного повітря-0.445; нагрітого повітря-0.704;подзеркаленої поверхні-0.633 ; почорненої поверхні -0.811.

2.4.Опромінення променями Сонця різних середовищ.  

           При освітленості Е=50000лк енергетична світність Сонця 500 Вт/м²,що відовідає температурі Т=306К(33⁰С),опроміненню підлягали такі середовища: зовнішнє повітря в тіні прогрілось до температури tв= 0⁰С ( Тв= 273К )); повітря під променями Сонця прогрілось до температури tв=10⁰С (Тв=283К );повітря над снігом під променями Сонця прогрілось до температури tв= 4⁰С ( Тв=277К) при температурі снігу 0⁰С.

 Коефіцієнти поглинання цих середовищ Кп=(Тв/Т)⁴: морозного повітря-0.634; нагрітого повітря-0.732;повітря над снігом-0.671;снігу-0.634 .      

Висновки:

1)морозне повітря поглинає менше енергії, ніж нагріте повітря;

2)почорнена поверхня поглинає  енергію краще, ніж підзеркалена поверхня;

3)при підвищенні температури повітря коефіцієнт поглинання збільшується.