Discover Discover the energy the energy of hydrogen of hydrogen

(1)

Discover Discover the energy the energy of hydrogen of hydrogen

Pomiar stałej słonecznej

Krzysztof Rochowicz, Grzegorz Karwasz,

2019 Toruń, Poland

(2)

This project has received funding from the Fuel Cells and Hydrogen 2 Joint Undertaking (JU) under grant agreement No 826246.

Słońce jest głównym źródłem energii na Ziemi

https://solarscience.msfc.nasa.gov/images/Yohkoh_920508.jpg

Słońce świeci od 4,5 mld lat* (a wcześniej na jego miejscu było protosłońce).

Średni strumień geotermalny z wnętrza Ziemi wynosi jedynie 65 mW /m

²

, podczas gdy stała słoneczna (tj. energia dla 1 m

²

poza atmosferą ziemską) wynosi aż 1367 W/m

²

.

Ten stały przepływ energii pozwolił na ewolucję życia na Ziemi.

Słońce powinno świecić przez następne 9 miliardów lat.

* Ostatnie badania geologiczne szacują wiek Układu Słonecznego na 4,567 mld lat.

(3)

Stały strumień energii zapewnia raczej stabilny klimat na Ziemi

Małe zmiany (0,1%) stałej słonecznej są związane z 11-letnimi cyklami aktywności Słońca. Maksymalne aktywności Słońca związane są ze zwiększoną liczbą ciemnych plam.

Dlaczego 11 lat? – Tego nie wiemy.

Galileusz jako pierwszy za pomocą teleskopu zaobserwował plamy słoneczne (i oślepł z powodu nadmiernych obserwacji).

.

(4)

Angielski malarz Wiliam Turner uwiecznił obecność pyłu wulkanicznego w atmosferze. Źródło:

National Gallery

Zredukowana energia strumienia słonecznego może być spowodowana erupcjami wulkanicznymi lub wybuchami meteorytów. Były to przyczyny wyginięcia dinozaurów (65 mln lat temu) czy głodu w Irlandii * (1816).

*https://en.wikipedia.org/wiki/Year_Without_a_Summer

Obniżony strumień energii ze

Słońca powoduje katastrofy

(5)

Pomiar stałej słonecznej

Wartość 1367 W / m

²

całkowitego strumienia promieniowania słonecznego do Ziemi jest mierzona poza atmosferą.

Z tego 10% przypada na ultrafiolet, 50%

na promieniowanie widzialne (długość fali 380–760 nm) i 40% na podczerwień. Ale to poza atmosferą.

UV (najbardziej energetyczna część) jest zatrzymywane przez górną części atmosfery i w stratosferze (przez ozon). IR jest absorbowane przez cząsteczki takie jak CO

₂

i H

₂

O. Mgła, pył, chmury jeszcze bardziej zmniejszają strumień.

Ile energii słonecznej dociera do ziemi?

(6)

The JU receives support from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme and Italy, Denmark, Poland, Germany, Switzerland.

Pomiar stałej słonecznej Schemat eksperymentu

http://sciencenetlinks.com/media/filer/2011/10/07/measure_actsheet1.pdf

Wypróbuj i porównaj:

•różne butelki

•różne kolory

•różną pogodę

•różną porę roku

Potrzebne materiały:

-szklana butelka (może być zielone szkło), możliwie płaska, o pojemności ½ l

-korek pasujący do butelki z wywierconym otworem na termometr

-termometr: dowolny typ, może być lekarski;

pamiętajcie, aby przerwać eksperyment, zanim termometr osiągnie koniec swojej skali

-książki lub pudełka do ustawienia butelki -ciemny atrament, na przykład z drukarek atramentowych

(7)

Kolejność pomiaru

Instrukcja:

1. Przygotuj butelkę (kolektor), napełniając ją znaną ilością wody. Dodaj kilka kropel tuszu, aby woda stała się ciemna, i umieść termometr przez otwór w korku.

2. Umieść kolektor w cieniu, aby ustabilizował się do średniej temperatury

powietrza: pozostaw go na 10 minut lub do momentu, gdy temperatura już się nie zmieni.

3. Przenieś kolektor na światło słoneczne. Upewnij się, że jednostka jest zacieniona podczas ruchu. Ustaw kolektor w taki sposób, aby płaska powierzchnia była jak

najbardziej prostopadła do padającego światła słonecznego. Użyj książek lub pudeł, aby uzyskać orientację prostopadłą. Nie odkrywaj jeszcze butelki.

4. Rozpocznij eksperyment od odkrycia kolektora: zapisz dokładny czas. Odczytuj temperaturę co 2 minuty.

5. Pozwól kolektorowi absorbować światło słoneczne przez 20 minut lub

przynajmniej przez wystarczająco długi czas, aby uzyskać wzrost temperatury o co najmniej 3–4 ˚C.

6. Zmierz powierzchnię butelki wystawioną na słońce i zapisz powierzchnię w metrach kwadratowych w tabeli danych.

7. Za pomocą następnej strony oblicz moc (w J) pochłoniętą przez butelkę, w odniesieniu do 1m². Porównaj to ze stałą słoneczną. Nie przejmuj się, nawet jeśli

(8)

The JU receives support from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme and Italy, Denmark, Poland, Germany, Switzerland.

Pomiary i obliczenia

Objętość użytej wody:………..litrów Masa użytej wody:………..kilogramy

Oświetlana powierzchnia butelki:………..m² Temperatura początkowa ………..°C Temperatura końcowa ………...°C Różnica temperatur ΔT………....°C

Czas pomiaru ………..s Ciepło właściwe wody : 4186 J / kg °C

Energia pochłonięta przez wodę :

4186 × masa użytej wody × różnica temperatur =

………..J

Nieskorygowane promieniowanie słoneczne na powierzchnię ziemi: energia / czas* oświetlana powierzchnia = ………….J / s m²

Jest to nieskorygowane promieniowanie słoneczne na

powierzchnię ziemi. Możesz pomnożyć go przez 2, korekta na szkło, a także przez 1,4 korekta dla atmosfery; porównaj to z przyjętą wartością.