Προσδιορισµός της Ηλιακής ακτινοβολίας Εργαστήριο 7 ον

Προσδιορισµός της Ηλιακής ακτινοβολίας Εργαστήριο 7 ον

ΤΟ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ ΤΟΥ ΘΕΡΜΟΚΗΠΙΟΥ

ΤΟ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ ΤΟΥ ΘΕΡΜΟΚΗΠΙΟΥ Ηκλιµατικήαλλαγήαποτελείαυτήτηστιγµή τονούµερο ένα πρόβληµα του πλανήτη µε καταστροφικές συνέπειες. Ο όρος«κλίµα», δε σηµαίνει όµως καιρός. Πρόκειται για το µέσο όρο των καιρικών συνθηκών που επικρατούν σε µια ορισµένη περιοχή για µεγάλη χρονική περίοδο. Η ενέργεια του ήλιου θερµαίνει την επιφάνεια της γης και, καθώς η θερµοκρασία αυξάνεται, η θερµότητα αντανακλάται στην ατµόσφαιρα ως ενέργεια υπεριώδους ακτινοβολίας. Ένα µέρος της ενέργειας απορροφάται στην ατµόσφαιρα από τα λεγόµενα «αέρια του θερµοκηπίου». Πιο συγκεκριµένα, η ατµόσφαιρα λειτουργεί όπως τα τοιχώµατα ενός θερµοκηπίου, αφήνοντας το ορατό ηλιακό φως να εισέλθει και απορροφώντας την εξερχόµενη ενέργεια υπεριώδους ακτινοβολίας, διατηρώντας ζεστό το εσωτερικό του. Αυτήηφυσικήδιαδικασίαονοµάζεται "φαινόµενο του θερµοκηπίου". Χωρίς αυτό, η µέση θερµοκρασία στη γη θα ήταν -18 C, ενώαυτήτηστιγµή φθάνει τους +15 C.

Τα αέρια του θερµοκηπίου Υδρατµοί Το κυριότερο αέριο του θερµοκηπίου είναι οι υδρατµοί (Η 2 Ο), οι οποίοι ευθύνονται για περίπου τα 2/3 του φυσικού φαινοµένου του θερµοκηπίου. Στην ατµόσφαιρα, τα µόρια του νερού δεσµεύουν τη θερµότητα που εκπέµπειηγηκαιέπειταεκπέµπουν εκ νέου προς όλες τις κατευθύνσεις, θερµαίνοντας έτσι την επιφάνεια της γης πριν επιστρέψουν τελικά στο διάστηµα. Οι υδρατµοί της ατµόσφαιρας αποτελούν τµήµα του υδρολογικού κύκλου. ιοξείδιο του άνθρακα κυριότερος συντελεστής του «ενισχυµένου» φαινοµένου του θερµοκηπίου είναι το διοξείδιο του άνθρακα (CO 2 ). Ευθύνεται παγκοσµίως για τουλάχιστον το 60% του φαινοµένου. Στις βιοµηχανικές χώρες, αποτελεί το 80% των εκποµπών αερίου του θερµοκηπίου Μεθάνιο Το δεύτερο σηµαντικότερο αέριο που ευθύνεται για το ενισχυµένο φαινόµενο του θερµοκηπίου είναι το µεθάνιο (CH 4 ) Το µεθάνιο συντίθεται κατά κύριο λόγο από βακτήρια που ενισχύονται µε οργανικές ύλες ελλείψει οξυγόνου. Το µονοξείδιο του αζώτου (N 2 O) απελευθερώνεται µε φυσικό τρόπο από τους ωκεανούς και τα παρθένα δάση, καθώς και από τα βακτήρια του εδάφους. Οι πηγές που επηρεάζονται από την ανθρώπινη δραστηριότητα περιλαµβάνουν τα αζωτούχα λιπάσµατα, την καύση ορυκτών καυσίµων και τη βιοµηχανική χηµική παραγωγή µε χρήση αζώτου, όπως είναι η επεξεργασία λυµάτων. Στις βιοµηχανικές χώρες, το N 2 O αποτελεί το 6% των εκποµπών αερίου του θερµοκηπίου Φθοριούχα αέρια θερµοκηπίου (Φρέον) Είναι τα µόνα αέρια θερµοκηπίου που δεν έχουν συντεθεί µε φυσικό τρόπο, αλλά έχουν δηµιουργηθεί από τον άνθρωπο για βιοµηχανικούς σκοπούς. Το µερίδιό τους στις εκποµπές αερίων θερµοκηπίου από τις βιοµηχανικές χώρες είναι περίπου 1,5%. Όµως, είναι εξαιρετικά ισχυρά αφού µπορούν να δεσµεύσουν θερµότητα 22000 φορές πιο αποτελεσµατικά από το CO 2 και παραµένουν στην ατµόσφαιρα για χιλιάδες χρόνια. Τα φθοριούχα αέρια θερµοκηπίου περιλαµβάνουν τους υδροφθοράνθρακες (HFCs) που χρησιµοποιούνται για την ψύξη και την κατάψυξη συµπεριλαµβανοµένων των συστηµάτων κλιµατισµού, το εξαφθοριούχο θείο (SF 6 ) που χρησιµοποιείται για παράδειγµα στην ηλεκτρονική βιοµηχανία και τους υπερφθοράνθρακες (PFC) που εκπέµπονται κατά την παραγωγή αλουµινίου και χρησιµοποιούνται στην ηλεκτρονική βιοµηχανία. Αδιαµφισβήτητα, τα γνωστότερα από αυτά τα αέρια είναι οι χλωροφθοράνθρακες (CFCs) που δεν είναι µόνον φθοριούχα αέρια θερµοκηπίου, αλλά καταστρέφουν και το στρώµα του όζοντος. Αποσύρονται σταδιακά από την κυκλοφορία σύµφωνα µε το Πρωτόκολλο του Μόντρεαλ του 1987 για τις ουσίες που καταστρέφουν το στρώµα του όζοντος.

Προσδιορισµός της Ηλιακής ακτινοβολίας Για τον προσδιορισµό τηςηλιακής ακτινοβολίας χρησιµοποιούνται: Πυρηλιόµετρα για τον προσδιορισµό της Άµεσης Ηλιακής Ακτινοβολίας. Τα ακτινόµετρα ή πυρανόµετρα για τον προσδιορισµό της ολικής ακτινοβολίας (άµεση και διάχυτη) Και οι ακτινογράφοι που δίνουν την πορεία της ολικής ακτινοβολίας.

Πυρηλιόµετρο Angstrom Μέτρα άµεσης ηλιακής ακτινοβολίας από 300-4000 nm Αισθητήρας : ύο µαυρισµένα πανοµοιότυπες ταινίες από κράµα χαλκού-µαγγανίου-νικελίου-σε θερµική επαφή µε θερµοστοιχεία αλλά ηλεκτροµονωµένα. Αισθητήρας τοποθετηµένος σε ένα µακρύ µεταλλικό σωλήνα για την ευθυγράµµιση της δοκού και για την ελαχιστοποίηση της επίδραση της ακτινοβολίας που διασπείρεται. Κλείστρο προστατεύει τις λωρίδεςταινίες. Η θέρµανση µε άµεση ακτινοβολία που έλαβε η εκτεθειµένη ταινία αντισταθµίζεται από ηλεκτρική θέρµανση της προστατευόµενης ταινίας. Ηλεκτρική ενέργεια που απαιτείται για τη θέρµανση της προστατευόµενης ταινίας είναι ανάλογη της ακτινοβολίας. Χρησιµοποιείται για την στιγµιαία µέτρηση της άµεσης ηλιακής ακτινοβολίας, µπορεί να δοθεί πολύ υψηλή ακρίβεια και έχει πολύ υψηλή σταθερότητα. Όταν χρησιµοποιείται µε χρωµατιστό φίλτρο ευρείας περιοχής έχουµε φασµατική κατανοµή της άµεσης ηλιακής ακτινοβολίας

Πυρηλιόµετρo Angstrom Κυλινδρικό σωλήνα µαυρισµένο εσωτερικά Στη βάση του σωλήνα υπάρχουν δύο ηµικυκλικές µαυρισµένες πλάκες από κράµα χαλκού νικελίου µαγγανίου. Κάτω από κάθε πλάκα υπάρχει συγκολληµένο και µονωµένο από ένα θερµοζεύγος, τα οποία συνδέονται µε γαλβανόµετρο, το οποίο δείχνει τη διαφορά δυναµικού που αναπτύσσεται ανάµεσα στα θερµοζεύγη, εξαιτίας της διαφοράς θερµοκρασίας των δύο πλακών. Κάτω από την µία πλάκα υπάρχει αντίσταση που συνδέεται µε κύκλωµα πηγής, ροοστάτη και αµπεροµέτρου και µπορεί να θερµάνει την πλάκα

Πυρηλιόµετρο Angstrom Στρέφουµε τοπυρηλιόµετρο προς τον ήλιο Όταν η άµεση ηλιακή ακτινοβολία προσπίπτει και στις δύο πλάκες το γαλβανόµετρο δείχνει την ένδειξη µηδέν καθώς δεν υπάρχει διαφορά θερµοκρασίας στις δύο πλάκες και άρα δεν αναπτύσσεται διαφορά δυναµικού στα θερµοζεύγη Όταν σκιάσουµε τη µία πλάκα δηµιουργείται διαφορά θερµοκρασίας ανάµεσα στις πλάκες και το γαλβανόµετρο δείχνει διαφορά δυναµικού ανάµεσα στα θερµοζεύγη Τότε κλείνουµε τοκύκλωµα της ηλεκτρικής αντίστασης που βρίσκεται στη σκιασµένη πλάκα ώστε αυτή να θερµαίνεται από την αντίσταση Ρυθµίζουµε το ροοστάτη έως ότου η θερµοκρασία της σκιασµένης πλάκας γίνει ίση µε τηθερµοκρασία της άλλης πλάκας. Αυτό συµβαίνει όταν το γαλβανόµετρο δείξει πάλι την ένδειξη µηδέν Τότε η ενέργεια που δέχεται η σκιασµένη πλάκα από το ηλεκτρικό κύκλωµα είναιίση µε την ενέργεια που δέχεται η άλλη πλάκα από την άµεση ηλιακή ακτινοβολία Q ένταση άµεσης ηλιακής ακτινοβολίας σε Cal/min R θερµαντική αντίσταση Ιένδειξηαµπεροµέτρου α συντελεστής απορρόφησης πλακών b πλάτος των πλακών

Πυρανόµετρα ή αντινόµετρα Αποτελείται από Επιφάνεια από µαύρα και λευκά τετραγωνίδια Κάτω από τα τετραγωνίδια υπάρχουν συγκολληµένα θερµοζεύγη Η διαφορετική απορρόφηση της ακτινοβολίας ανάµεσα στα µαύρα και λευκά τετραγωνίδια προκαλεί διαφορά θερµοκρασίας η οποία προκαλεί διαφορά δυναµικού στα θερµοζεύγη Η διαφορά δυναµικού µετριέται µε γαλβανόµετρο και εξαρτάται από την προσπίπτουσα ολική ηλιακή ακτινοβολία Το σκίαστρο χρησιµοποιείται όταν είναι επιθυµητός ο προσδιορισµός της διάχυτης ηλιακής ακτινοβολίας

Ακτινόµετρο Arago - Davy Αποτελείται από ύο όµοια υδραργυρικά θερµόµετρα Το δοχείο του ενός είναι µαυρισµένο (µέλαν θερµόµετρο) Το άλλο θερµόµετρο λέγεται λευκό θερµόµετρο Η ένταση της ολικής ηλιακής ακτινοβολίας εξαρτάται από τη διαφορά των θερµοκρασιών των θερµοµέτρων θ µ και θ λ οι θερµοκρασίες του µέλανος και λευκού θερµοµέτρου αντίστοιχα ε= συντελεστής απορρόφησης του λευκού θερµοµέτρου ε =συντελεστής απορρόφησης µέλανος θερµοµέτρου α= το κλάσµα τουq το οποίο δέχεται το λευκό θερµόµετρο Η τιµή της ολικής ακτινοβολίας εξαρτάται από την διαφορά τωνενδείξεων των δύο θερµοµέτρων.

Ακτινογράφος Robitzsch Αποτελείται από Τρία µεταλλικά ελάσµατα (δύο λευκά και ένα µαύρο) Συνδέονται στο ίδιο επίπεδο σε κοινή ακλόνητη βάση µε τη µία άκρη τους Η άλλη άκρη τους συνδέεται µε σύστηµα µοχλών το οποίο κινεί µία γραφίδα πάνω στην καταγραφική ταινία που είναι τυλιγµένη σε περιστρεφόµενο κύλινδρο Το σύστηµα µοχλών µεταφέρει στο καταγραφικό σύστηµα τη διαφορά στην επιµήκυνση των ελασµάτων εξαιτίας την διαφορετικής θέρµανσης λόγω απορρόφησης της ηλιακής ακτινοβολίας από τα ελάσµατα των διαφορετικών χρωµάτων