Особливо сильно відбиває сонячну радіацію. Як захиститись від сонячної радіації

Джерела тепла. У житті атмосфери вирішальне значення має теплова енергія. Найголовнішим джерелом цієї енергії є Сонце. Що ж до теплового випромінювання Місяця, планет і зірок, воно для Землі настільки мізерно, що його не можна брати до уваги. Значно більше теплової енергії дає внутрішнє тепло Землі. За обчисленнями геофізиків, постійний приплив тепла з надр Землі підвищує температуру земної поверхні на 0°,1. Але подібний приплив тепла все ж настільки малий, що приймати його до уваги також немає жодної необхідності. Таким чином, єдиним джерелом теплової енергії на поверхні Землі можна вважати лише Сонце.

Сонячна радіація. Сонце, що має температуру фотосфери (випромінюючої поверхні) близько 6000 °, випромінює енергію в простір у всіх напрямках. Частина цієї енергії як величезного пучка паралельних сонячних променів потрапляє Землю. Сонячна енергія, що дійшла поверхні Землі у вигляді прямих променів Сонця, носить назву прямий сонячної радіації.Не вся сонячна радіація, спрямовану Землю, сягає земної поверхні, оскільки сонячні промені, проходячи через потужний шар атмосфери, частково поглинаються нею, частково розсіюються молекулами і зваженими частинками повітря, деяка частина відбивається хмарами. Та частина сонячної енергії, що розсіюється в атмосфері, називається розсіяною радіацією.Розсіяна сонячна радіація поширюється у атмосфері і потрапляє до Землі. Нами цей вид радіації сприймається як рівномірне денне світло, коли Сонце повністю закрите хмарами або щойно зникло за горизонтом.

Пряма та розсіяна сонячна радіація, досягнувши поверхні Землі, не повністю поглинається нею. Частина сонячної радіації відбивається від земної поверхні у атмосферу і перебуває там як потоку променів, так званої відбитої сонячної радіації.

Склад сонячної радіації дуже складний, що пов'язано з дуже високою температурою випромінюючої поверхні Сонця. Умовно за довжиною хвиль спектр сонячної радіації ділять на три частини: ультрафіолетову (η<0,4<μ видимую глазом (η від 0,4μ до 0,76μ) та інфрачервону частину (η> 0,76μ). Крім температури сонячної фотосфери, на склад сонячної радіації біля земної поверхні впливає поглинання і розсіювання частини сонячних променів при їх проходженні через повітряну оболонку Землі. У зв'язку з цим склад сонячної радіації на верхній межі атмосфери і поверхні Землі буде неоднаковий. З теоретичних розрахунків і спостережень встановлено, що у межі атмосфери частку ультрафіолетової радіації припадає 5%, на видимі промені - 52% і інфрачервоні - 43%. У земної поверхні (при висоті Сонця 40°) ультрафіолетові промені становлять лише 1%, видимі - 40%, а інфрачервоні - 59%.

Інтенсивність сонячної радіації. Під інтенсивністю прямої сонячної радіації розуміють кількість тепла в калоріях, одержуваного за 1 хв. від променистої енергії Сонця поверхнею в 1 см 2 ,розташованої перпендикулярно до сонячних променів.

Для вимірювання інтенсивності прямої сонячної радіації застосовуються спеціальні прилади - актинометри та піргеліометри; величина розсіяної радіації визначається піранометром. Автоматична реєстрація тривалості дії сонячної радіації провадиться актинографами та геліографами. Спектральна інтенсивність сонячної радіації визначається спектроболографом.

На межі атмосфери, де виключено поглинаючу та розсіювальну дію повітряної оболонки Землі, інтенсивність прямої сонячної радіації дорівнює приблизно 2 кална 1 см 2поверхні за 1 хв. Ця величина носить назву сонячної постійної.Інтенсивність сонячної радіації в 2 кална 1 см 2за 1 хв. дає таку велику кількість тепла протягом року, що його вистачило б, щоб розплавити шар льоду в 35 мзавтовшки, якби такий шар покривав всю земну поверхню.

Численні вимірювання інтенсивності сонячної радіації дають підстави вважати, що кількість сонячної енергії, що приходить до верхньої межі атмосфери Землі, зазнає коливань у розмірі кількох відсотків. Коливання бувають періодичні та неперіодичні, пов'язані, мабуть, з процесами, що відбуваються на Сонці.

Крім того, деяка зміна в інтенсивності сонячної радіації відбувається протягом року завдяки тому, що Земля в річному своєму обертанні рухається не по колу, а еліпсом, в одному з фокусів якого знаходиться Сонце. У зв'язку з цим змінюється відстань Землі до Сонця і, отже, відбувається коливання інтенсивності сонячної радіації. Найбільша інтенсивність спостерігається близько 3 січня, коли Земля знаходиться ближче від Сонця, а найменша близько 5 липня, коли Земля віддалена від Сонця на максимальну відстань.

Коливання інтенсивності сонячної радіації з цієї причини дуже невелике і може становити лише теоретичний інтерес. (Кількість енергії при максимальній відстані відноситься до кількості енергії при мінімальній відстані, як 100: 107, тобто різниця зовсім мізерна.)

Умови опромінення поверхні земної кулі. Вже тільки куляста форма Землі призводить до того, що промениста енергія Сонця розподіляється на земної поверхні дуже нерівномірно. Так, у дні весняного та осіннього рівнодення (21 березня та 23 вересня) тільки на екваторі опівдні кут падіння променів буде 90° (рис. 30), а в міру наближення до полюсів він зменшуватиметься від 90 до 0°. Таким чином,

якщо на екваторі кількість отриманої радіації прийняти за 1, то на 60-й паралелі вона виразиться в 0,5, а на полюсі дорівнюватиме 0.

Земна куля, крім того, має добовий та річний рух, причому земна вісь нахилена до площини орбіти на 66°,5. В силу цього нахилу між площиною екватора і площиною орбіти утворюється кут 23°30 г. Ця обставина призводить до того, що кути падіння сонячних променів для тих самих широт будуть змінюватися в межах 47° (23,5+23,5) .

Залежно від пори року змінюється як кут падіння променів, але й тривалість освітлення. Якщо у тропічних країнах у всі пори року тривалість дня й ночі приблизно однакова, то полярних країнах, навпаки, вона дуже різна. Приміром, на 70° з. ш. влітку Сонце не заходить 65 діб, на 80 ° пн. ш.- 134, але в полюсі -186. Внаслідок цього на Північному полюсі радіація в день літнього сонцестояння (22 червня) на 36% більше, ніж на екваторі. Що ж до всього літнього півріччя, то загальна кількість тепла і світла, одержуваного полюсом, лише на 17% менше, ніж на екваторі. Таким чином, у літній час у полярних країнах тривалість освітлення значною мірою компенсує той недолік радіації, який є наслідком малого кута падіння променів. У зимове півріччя картина зовсім інша: кількість радіації на тому ж Північному полюсі буде 0. У результаті за рік середня кількість радіації на полюсі виявляється в 2,4 менше, ніж на екваторі. З усього сказаного випливає, що кількість сонячної енергії, яку отримує Земля шляхом радіації, визначається кутом падіння променів та тривалістю опромінення.

Земна поверхня за відсутності атмосфери на різних широтах за добу отримувала б таку кількість тепла, виражену в калоріях на 1 см 2(Див. таблицю на стор. 92).

Наведений у таблиці розподіл радіації по земній поверхні прийнято називати солярний клімат.Повторюємо, що такий розподіл радіації маємо тільки біля верхньої межі атмосфери.

Ослаблення сонячної радіації у атмосфері. Досі ми говорили про умови розподілу сонячного тепла земною поверхнею, не зважаючи на атмосферу. Тим часом атмосфера у разі має велике значення. Сонячна радіація, проходячи через атмосферу, відчуває розсіювання та, крім того, поглинання. Обидва ці процеси разом послаблюють сонячну радіацію значною мірою.

Сонячні промені, проходячи через атмосферу, передусім відчувають розсіювання (дифузію). Розсіювання створюється тим, що промені світла, заломлюючись і відбиваючись від молекул повітря і частинок твердих і рідких тіл, що знаходяться в повітрі, відхиляються від прямого шляху досправді «розсіюються».

Розсіювання сильно послаблює сонячну радіацію. При збільшенні кількості водяної пари і особливо пилових частинок розсіювання збільшується і радіація послаблюється. У великих містах і пустельних областях, де найбільша запиленість повітря, розсіювання послаблює силу радіації на 30-45%. Завдяки розсіюванню виходить те денне світло, яке освітлює предмети, якщо навіть на них безпосередньо сонячні промені не падають. Розсіювання обумовлює і колір неба.

Зупинимося тепер на здатності атмосфери поглинати променисту енергію Сонця. Основні гази, що входять до складу атмосфери, поглинають променисту енергію порівняно мало. Домішки ж (водяна пара, озон, вуглекислий газ і пил), навпаки, відрізняються великою поглинальною здатністю.

У тропосфері найбільшу домішку становлять водяні пари. Вони особливо сильно поглинають інфрачервоні (довгохвильові), тобто переважно теплові промені. І чим більше водяної пари в атмосфері, тим природніше більше і більше. поглинання. Кількість водяної пари в атмосфері схильна до великих змін. У природних умовах воно змінюється від 0,01 до 4% (за обсягом).

Дуже великою поглинальною здатністю відрізняється озон. Значна домішка озону, як говорилося, перебуває у нижніх шарах стратосфери (над тропопаузою). Озон поглинає ультрафіолетові (короткохвильові) промені майже повністю.

Великою поглинальною здатністю відрізняється також і вуглекислий газ. Він поглинає головним чином довгохвильові, тобто переважно теплові промені.

Пил, що знаходиться у повітрі, також поглинає деяку кількість сонячної радіації. Нагріваючись під впливом сонячних променів, вона може помітно підвищити температуру повітря.

Із загальної кількості сонячної енергії, яка приходить до Землі, атмосфера поглинає лише близько 15%.

Ослаблення сонячної радіації шляхом розсіювання та поглинання атмосферою для різних широт Землі дуже по-різному. Ця відмінність залежить насамперед від кута падіння променів. При зенітному положенні Сонця промені, падаючи вертикально, перетинають атмосферу найкоротшим шляхом. Зі зменшенням кута падіння шлях променів подовжується та ослаблення сонячної радіації стає більш значним. Останнє добре видно за кресленням (рис. 31) та прикладеною таблицею (у таблиці величина шляху сонячного променя при зенітному положенні Сонця прийнята за одиницю).

Залежно від кута падіння променів змінюється як кількість променів, але й їх якість. У період, коли Сонце знаходиться в зеніті (над головою), на ультрафіолетові промені припадає 4%,

видимі – 44% та інфрачервоні – 52%. При становищі Сонця у горизонту ультрафіолетових променів немає, видимих ​​28% і інфрачервоних 72%.

Складність впливу атмосфери на сонячну радіацію посилюється ще тим, що її пропускна здатність дуже сильно змінюється залежно від пори року та стану погоди. Так, якби небо весь час залишалося безхмарним, то річний хід припливу сонячної радіації на різних широтах можна було б графічно висловити так (рис. ,32). З креслення ясно видно, що при безхмарному небі в Москві в травні, червні та липні тепла від сонячної радіації виходило б більше, ніж на екваторі. Так само у другу половину травня, у червні та першій половині липня на Північному полюсі тепла виходило б більше, ніж на екваторі та в Москві. Повторюємо, що так було б за безхмарного неба. Але насправді це не виходить, тому що хмарність значною мірою послаблює сонячну радіацію. Наведемо приклад, зображений на графіку (рис. 33). На графіку видно, як багато сонячної радіації не доходить до Землі: значна частина її затримується атмосферою і хмарами.

Однак слід сказати, що тепло, поглинене хмарами, частиною йде на нагрівання атмосфери, а частиною непрямим чином досягає і земної поверхні.

Добовий та річний хід інтенсивності солнічної радіації. Інтенсивність прямої сонячної радіації біля Землі залежить від висоти Сонця над горизонтом і від стану атмосфери (від її запиленості). Якби. прозорість атмосфери протягом доби була постійна, то максимальна інтенсивність сонячної радіації спостерігалася б опівдні, а мінімальна - при сході та заході Сонця. У цьому випадку графік перебігу добової інтенсивності сонячної радіації був би симетричним щодо півдня.

Вміст пилу, водяної пари та інших домішок в атмосфері постійно змінюється. У зв'язку з цим змінюється прозорість повітря та порушується симетричність графіка ходу інтенсивності сонячної радіації. Нерідко, особливо в літній період, у полуденний час, коли відбувається посилене нагрівання земної поверхні, виникають потужні висхідні струми повітря, збільшується кількість водяної пари та пилу в атмосфері. Це призводить до значного послаблення сонячної радіації опівдні; максимум інтенсивності радіації в цьому випадку спостерігається в дополудні або післяполудні години. Річний хід інтенсивності сонячної радіації також пов'язаний із змінами висоти Сонця над горизонтом протягом року та зі станом прозорості атмосфери у різні сезони. У країнах північної півкулі найбільша висота Сонця над обрієм буває у червні місяці. Але в цей час спостерігається і найбільша запиленість атмосфери. Тому максимальна інтенсивність зазвичай припадає не на середину літа, а на весняні місяці, коли Сонце досить високо піднімається над горизонтом, а атмосфера після зими залишається порівняно чистою. Для ілюстрації річного ходу інтенсивності сонячної радіації у північній півкулі наводимо дані середньомісячних південних величин інтенсивності радіації у Павловську.

Сума тепла сонячної радіації. Поверхня Землі протягом дня безперервно отримує тепло від прямої та розсіяної сонячної радіації або тільки від розсіяної радіації (при похмурій погоді). Визначають добову величину тепла на підставі актинометричних спостережень: з урахуванням кількості прямої та розсіяної радіації, що надійшла на земну поверхню. Визначивши суму тепла кожну добу, обчислюють і кількість тепла, одержуваного земної поверхнею протягом місяця чи протягом року.

Добова кількість тепла, що отримується земною поверхнею від сонячної радіації, залежить від інтенсивності радіації та від тривалості її дії протягом доби. У зв'язку з цим мінімум припливу тепла посідає зиму, а максимум на літо. У географічному розподілі сумарної радіації по земній кулі спостерігається її збільшення із зменшенням широти місцевості. Це положення підтверджується наступною таблицею.

Роль прямої та розсіяної радіації в річній кількості тепла, що отримується земною поверхнею на різних широтах земної кулі, неоднакова. У високих широтах у річній сумі тепла переважає розсіяна радіація. Зі зменшенням широти переважне значення переходить до прямої сонячної радіації. Так, наприклад, у бухті Тихої розсіяна сонячна радіація дає 70% річної суми тепла, а пряма радіація лише 30%. У Ташкенті навпаки пряма сонячна радіація дає 70%, розсіяна тільки 30%.

Відбивна здатність Землі. Альбедо. Як зазначалося, поверхню Землі поглинає лише частина сонячної енергії, що до неї у вигляді прямої і розсіяної радіації. Інша частина відбивається в атмосферу. Відношення величини сонячної радіації, відбитої даною поверхнею, до величини потоку променистої енергії, що падає на цю поверхню, називається альбедо. Альбедо виявляється у відсотках і характеризує відбивну здатність даної ділянки поверхні.

Альбедо залежить від характеру поверхні (властивості ґрунту, наявності снігу, рослинності, води тощо) і від величини кута падіння променів Сонця на поверхню Землі. Так, наприклад, якщо промені падають на земну поверхню під кутом 45°, то:

З наведених прикладів видно, що здатність, що відображає, у різних предметів неоднакова. Вона найбільша біля снігу і найменше біля води. Проте взяті нами приклади стосуються лише тих випадків, коли висота Сонця над горизонтом дорівнює 45°. При зменшенні цього кута відбиває здатність збільшується. Так, наприклад, по висоті Сонця в 90° вода відображає тільки 2%, при 50° - 4%, при 20°-12%, при 5° - 35-70% (залежно від стану водної поверхні).

У середньому при безхмарному небі поверхня земної кулі відбиває 8% сонячної радіації. З іншого боку, 9% відбиває атмосфера. Таким чином, земна куля в цілому при безхмарному небі відбиває 17% падаючої на неї променистої енергії Сонця. Якщо ж небо вкрите хмарами, від них відбивається 78% радіації. Якщо взяти природні умови, виходячи з того співвідношення між безхмарним небом і небом, покритим хмарами, яке спостерігається насправді, відбивна здатність Землі в цілому дорівнює 43%.

Земна та атмосферна радіація. Земля, отримуючи сонячну енергію, нагрівається і стає джерелом випромінювання тепла у світовий простір. Однак промені, що випускаються земною поверхнею, різко відрізняються від сонячних променів. Земля випромінює лише довгохвильові (λ 8-14 μ) невидимі інфрачервоні (теплові) промені. Енергія, що випромінюється земною поверхнею, називається земною радіацією.Випромінювання Землі відбувається в. вдень і вночі. Інтенсивність випромінювання тим більша, чим вища температура випромінюючого тіла. Земне випромінювання визначається тих самих одиницях, як і сонячне, т. е. у калоріях з 1 см 2поверхні за 1 хв. Спостереження показали, що величина земного випромінювання невелика. Зазвичай вона досягає 15-18 сотих калорій. Але, безперервно діючи, вона може дати значний тепловий ефект.

Найбільш сильне земне випромінювання виходить при безхмарному небі та гарній прозорості атмосфери. Хмарність (особливо низькі хмари) значно зменшує земне випромінювання та часто доводить його до нуля. Тут можна сказати, що атмосфера разом із хмарами є гарним «ковдрою», що оберігає Землю від надмірного охолодження. Частини атмосфери подібно до ділянок земної поверхні випромінюють енергію відповідно до їх температури. Ця енергія зветься атмосферної радіаціїІнтенсивність атмосферної радіації залежить від температури випромінюючої ділянки атмосфери, а також кількості водяної пари і вуглекислого газу, що містяться в повітрі. Атмосферна радіація відноситься до трупи довгохвильової. Поширюється вона у атмосфері у всіх напрямах; деяка кількість її досягає земної поверхні та поглинається нею, інша частина йде у міжпланетний простір.

Про приході та витраті енергії Сонця на Землі. Земна поверхня, з одного боку, отримує сонячну енергію у вигляді прямої та розсіяної радіації, а з іншого боку, втрачає частину цієї енергії у вигляді земної радіації. В результаті приходу і витрати сонячної енергії виходить якийсь результат. В одних випадках цей результат може бути позитивним, в інших негативним. Наведемо приклади того і іншого.

8 січня. Безхмарний день. На 1 см 2земної поверхні надійшло за добу 20 калпрямий сонячної радіації та 12 калрозсіяної радіації; всього, таким чином, отримано 32 кал.За цей же час через випромінювання 1 см?земної поверхні втратив 202 кал.В результаті, висловлюючись мовою бухгалтерії, в балансі є 170 втрат. кал(від'ємний баланс).

6 липня. Небо майже безхмарно. Від прямої сонячної радіації отримано 630 кал,від розсіяної радіації 46 кал.Усього, отже, земна поверхня отримала на 1 см 2 676 кал.Шляхом земного випромінювання втрачено 173 кал.У балансі прибуток на 503 кал(Баланс позитивний).

З наведених прикладів, окрім усього іншого, цілком зрозуміло, чому в помірних широтах взимку холодно, а влітку тепло.

Використання сонячної радіації для технічних та побутових цілей. Сонячна радіація є невичерпним природним джерелом енергії. Про величину сонячної енергії Землі можна судити з такого прикладу: якщо, наприклад, використовувати тепло сонячної радіації, падаючої лише з 1/10 частина площі СРСР, можна отримати енергію, рівну роботі 30 тис. Дніпрогесів.

Люди здавна прагнули використати дарову енергію сонячної радіації для потреб. До теперішнього часу створено багато різних геліотехнічних установок, що працюють на використанні сонячної радіації та отримали велике застосування у промисловості та для задоволення побутових потреб населення. У південних районах СРСР у промисловості та в комунальному господарстві на основі широкого використання сонячної радіації працюють сонячні водонагрівачі, кип'ятильники, опріснювачі солоної води, геліосушарки (для сушіння фруктів), кухні, лазні, теплиці, апарати для лікувальних цілей. Широко використовується сонячна радіація на курортах для лікування та зміцнення здоров'я людей.

Сонце - джерело тепла і світла, що дарує сили та здоров'я. Однак не завжди його вплив є позитивним. Нестача енергії або її надлишок можуть засмутити природні процеси життєдіяльності та спровокувати різні проблеми. Багато хто впевнений, що засмагла шкіра виглядає набагато красивішою, ніж бліда, проте якщо довгий час провести під прямими променями, можна отримати сильний опік. Сонячна радіація – це потік енергії, що надходить у вигляді електромагнітних хвиль, що проходять через атмосферу . Вимірюється потужністю енергії, що її переноситься на одиницю площі поверхні (ват/м 2 ). Знаючи, як впливає сонце на людину, можна запобігти її негативному впливу.

Що являє собою сонячна радіація

Про Сонце та його енергію написано безліч книг. Сонце є основним джерелом енергії всіх фізико-географічних явищ на Землі. Одна двомільярдна частка світла проникає у верхні верстви атмосфери планети, більшість же осідає у світовому просторі.

Промені світла – першоджерела інших видів енергії. Потрапляючи на поверхню землі та у воду, вони формуються у тепло, впливають на кліматичні особливості та погоду.

Ступінь впливу світлових променів на людину залежить від рівня радіації, а також від періоду, проведеного під сонцем. Багато типів хвиль люди застосовують собі на користь, користуючись рентгенівським опроміненням, інфрачервоними променями, а також ультрафіолетом. Однак сонячні хвилі в чистому вигляді у великій кількості можуть негативно вплинути на здоров'я людини.

Кількість радіації залежить від:

• положення Сонця. Найбільше опромінення посідає рівнини і пустелі, де сонцестояння досить високе, а погода безхмарна . Полярні області одержують мінімальну кількість світла, оскільки хмарність поглинає значну частину світлового потоку;
• тривалості дня. Чим ближче до екватора, тим триваліший день. Саме там люди одержують більше тепла;
• властивостей атмосфери: хмарності та вологості. На екваторі підвищена хмарність та вологість, що є перешкодою для проходження світла. Саме тому кількість світлового потоку там менша, ніж у тропічних зонах.

Розподіл

Розподіл сонячного світла по земній поверхні нерівномірний і має залежність від:

• щільності та вологості атмосфери. Чим вони більші, тим зменшується опромінення;
• географічної широти. Кількість одержуваного світла підвищується від полюсів до екватора;
• руху Землі. Обсяг випромінювання змінюється залежно від пори року;
• Показників земної поверхні. Велика кількість світлового потоку відбивається у світлих поверхнях, наприклад снігу. Найбільш слабко відбиває світлову енергію чорнозем.

Через довжину своєї території рівень випромінювання в Росії значно варіюється. Сонячне опромінення у північних регіонах приблизно таке - 810 кВт-год/м 2 за 365 днів, у південних - понад 4100 кВт-год/м 2 .

Важливе значення має тривалість годинника, протягом якого світить сонце. Ці показники різноманітні у різних регіонах, потім впливає як географічна широта, а й наявність гір. На карті сонячної радіації Росії добре помітно, що у деяких регіонах не доцільно встановлювати лінії електропостачання, оскільки природне світло цілком здатне забезпечити потреби жителів електрики і теплі.

Види

Світлові потоки досягають Землі різними шляхами. Саме від цього залежать види сонячної радіації:

• Промені, що виходять від сонця, називаються прямою радіацією.. Їхня сила має залежність від висоти розташування сонця над рівнем горизонту. Максимальний рівень спостерігається о 12 годині дня, мінімальний – у ранковий та вечірній час. З іншого боку, інтенсивність впливу має зв'язок з часом року: найбільша виникає влітку, найменша – взимку. Характерно, що в горах рівень радіації більший, ніж на рівнинних поверхнях. Також брудне повітря знижує прямі світлові потоки. Що нижче сонце над рівнем горизонту, то менше ультрафіолету.
• Відбита радіація – це випромінювання, що відбивається водою чи поверхнею землі.
• Розсіяна сонячна радіація формується при розсіюванні світлового потоку. Саме від неї залежить блакитне забарвлення неба за безхмарної погоди.

Поглинена сонячна радіація залежить від відбивної здатності земної поверхні – альбедо.

Спектральний склад випромінювання різноманітний:

• кольорові чи видимі промені дають освітленість і мають велике значення у житті рослин;
• ультрафіолет повинен проникати в тіло людини помірно, тому що її надлишок або нестача можуть завдати шкоди;
• інфрачервоне опромінення дає відчуття тепла та впливає на зростання рослинності.

Сумарна сонячна радіація – це прямі та розсіяні промені, що проникають на землю.. За відсутності хмарності, приблизно близько 12 години дня, а також у літню пору року вона досягає свого максимуму.

Історії наших читачів

Володимир
61 рік

Як відбувається вплив

Електромагнітні хвилі складаються з різних елементів. Є невидимі, інфрачервоні та видимі, ультрафіолетові промені. Характерно, що радіаційні потоки мають різну структуру енергії та по-різному впливають на людей.

Світловий потік може благотворно впливати на стан людського тіла.. Проходячи через зорові органи, світло регулює метаболізм, режим сну, впливає загальне самопочуття людини. Крім того, світлова енергія здатна викликати відчуття тепла. При опроміненні шкіри в організмі відбуваються фотохімічні реакції, що сприяють правильному обміну речовин.

Високу біологічну здатність має ультрафіолет, що має довжину хвилі від 290 до 315 нм. Ці хвилі синтезують вітамін D в організмі, а також здатні знищувати вірус туберкульозу за кілька хвилин, стафілокок – протягом чверті години, палички черевного тифу – за 1 годину.

Характерно, що безхмарна погода знижує тривалість епідемій грипу та інших захворювань, наприклад, дифтерії, що мають здатність передаватися повітряно-краплинним шляхом.

Природні сили організму захищають людину від раптових атмосферних коливань: температури повітря, вологості, тиску. Однак іноді подібний захист слабшає, що під впливом сильної вологості разом із підвищеною температурою призводить до теплового удару.

Вплив опромінення має зв'язок від його проникнення в організм. Чим довша хвиля, тим сильніша сила випромінювання. Інфрачервоні хвилі здатні проникати до 23 см під шкіру, видимі потоки – до 1 см, ультрафіолет – до 0,5-1 мм.

Усі види променів люди одержують під час активності сонця, коли перебувають на відкритих просторах. Світлові хвилі дозволяють людині адаптуватися у світі, тому для забезпечення комфортного самопочуття в приміщеннях необхідно створити умови оптимального рівня освітлення.

Вплив на людину

Вплив сонячного випромінювання для здоров'я людини визначається різними чинниками. Має значення місце проживання людини, клімат, і навіть кількість часу, проведеного під прямими променями.

При нестачі сонця у жителів Крайньої Півночі, а також у людей, діяльність яких пов'язана з роботою під землею, наприклад у шахтарів, спостерігаються різні розлади життєдіяльності, знижується міцність кісток, виникають нервові порушення.

Діти, що недоотримують світла, страждають рахітом частіше, ніж інші. Крім того, вони більш схильні до захворювань зубів, а також мають більш тривале перебіг туберкульозу.

Проте надто тривалий вплив світлових хвиль без періодичної зміни дня і ночі може згубно вплинути на стан здоров'я. Наприклад, жителі Заполяр'я часто страждають на дратівливість, втому, безсоння, депресії, зниження працездатності.

Радіація Російській Федерації має меншу активність, ніж, наприклад, у Австралії.

Таким чином, люди, які перебувають під тривалим випромінюванням:

• схильні до високої ймовірності виникнення раку шкірних покривів;
• мають підвищену схильність до сухості шкіри, що, у свою чергу, прискорює процес старіння та появу пігментації та ранніх зморшок;
• можуть страждати на погіршення зорових здібностей, катаракту, кон'юнктивіт;
• мають ослаблений імунітет.

Нестача вітаміну D у людини є однією з причин злоякісних новоутворень, порушень обміну речовин, що призводить до зайвої маси тіла, ендокринних порушень, розладу сну, фізичного виснаження, поганого настрою.

Людина, яка систематично отримує світло сонця і не зловживає сонячними ванними, як правило, не має проблем зі здоров'ям:

• має стабільну роботу серця та судин;
• не страждає на нервові захворювання;
• має гарний настрій;
• має нормальний обмін речовин;
• рідко хворіє.

Таким чином, лише дозоване надходження випромінювання здатне позитивно позначитися на здоров'ї людини.

Як захиститись

Надлишок опромінення може спровокувати перегрів організму, опіки, а також загострення деяких хронічних хвороб. Любителям приймати сонячні ванни необхідно подбати про виконання нехитрих правил:

• з обережністю засмагати на відкритих просторах;
• під час спекотної погоди ховатися в тіні під розсіяними променями. Особливо це стосується маленьких дітей і людей похилого віку, які страждають на туберкульоз і захворювання серця.

Слід пам'ятати, що засмагати необхідно в безпечний час доби, а також не перебувати тривалий час під сонцем, що палить. Крім того, варто оберігати від теплового удару голову, носячи головний убір, сонцезахисні окуляри, закритий одяг, а також використовувати різні засоби від засмаги.

Сонячна радіація у медицині

Світлові потоки активно застосовують у медицині:

• при рентгені використовується здатність хвиль проходити через м'які тканини та кісткову систему;
• введення ізотопів дозволяє зафіксувати їх концентрацію у внутрішніх органах, виявити багато патологій та осередків запалення;
• променева терапія здатна руйнувати зростання та розвиток злоякісних новоутворень.

Властивості хвиль успішно використовують у багатьох фізіотерапевтичних апаратах:

• Прилади з інфрачервоним випромінюванням застосовують для теплолікування внутрішніх запальних процесів, захворювань кісток, остеохондрозу, ревматизму завдяки здатності хвиль відновлювати клітинні структури.
• Ультрафіолетові промені можуть негативно позначатися на живих істотах, пригнічувати зростання рослин, пригнічувати мікроорганізми та віруси.

Гігієнічне значення сонячної радіації велике. Апарати з ультрафіолетовим випромінюванням використовують у терапії:

• різних травм шкірних покривів: ран, опіків;
• інфекцій;
• хвороб ротової порожнини;
• онкологічних новоутворень.

Крім того, радіація має позитивний вплив на організм людини в цілому: здатна надати сили, зміцнити імунну систему, заповнити нестачу вітамінів.

Сонячне світло є важливим джерелом повноцінного життя. Достатнє його надходження призводить до сприятливого існування всіх живих істот планети. Людина не може знизити ступінь радіації, проте може захистити себе від її негативного впливу.

Сонячну радіацію, до складу якої входять довжини електромагнітних хвиль менше 4 мкм1, у метеорології прийнято називати короткохвильовою. У сонячному діапазоні розрізняють ультрафіолетову (< 400 нм), видимую (= 400…760 нм) и инфракрасную (>760 нм) частини.

Сонячна радіація, що надходить безпосередньо від сонячного диска, називається прямою сонячною радіацією S. Зазвичай вона характеризується інтенсивністю, тобто кількістю променистої енергії в калоріях, що проходить за 1 хвилину через 1 см2 площі, розташованої перпендикулярно до сонячних променів.

Інтенсивність прямої сонячної радіації, що надходить на верхню межу земної атмосфери, називають сонячною постійною S0. Вона становить приблизно 2 кал/см2 хв. У земної поверхні пряма сонячна радіація завжди значно менша за цю величину, тому що, проходячи через атмосферу, її сонячна енергія послаблюється внаслідок поглинання та розсіювання молекулами повітря та зваженими частинками (пилками, крапельками, кристаликами). Ослаблення прямої сонячної радіації атмосферою характеризується або коефіцієнтом ослаблення, або коефіцієнтом прозоростір.

Для розрахунку прямої сонячної радіації, що припадає на перпендикулярну поверхню, зазвичай застосовують формулу Буге:

де S m – пряма сонячна радіація, кал см-2 хв-1 при даній масі атмосфери; S 0 сонячна постійна; р т коефіцієнт прозорості при даній масі атмосфери; т маса атмосфери на шляху сонячних

са знаходиться не за формулою, а за таблицею Бемпораду. З формули (3.1) випливає, що

1 1 мкм = 10-3 нм = 10-6 м. Мікрометри ще називають мікронами, а нанометри – мілімікронами. 1 нм = 10-9 м-коду.

де h висота сонця над горизонтом.

Радіація, що надходить на земну поверхню від усіх точок небесного склепіння, називається розсіяною D. Сума прямої та розсіяної сонячної радіації, що приходить на горизонтальну земну поверхню, є сумарною сонячною радіацією Q :

Q = S" + D. (3.4)

Сумарна радіація, що дійшла до земної поверхні, частково відбиваючись від неї, створює відбиту радіацію R, спрямовану від земної поверхні в атмосферу. Решта cyмарної сонячної радіації поглинається земною поверхнею. Відношення відбитої від земної поверхні радіації до сумарної радіації, що поступає, називається альбедоА.

Величина A R характеризує відбивну здатність зем-

ної поверхні. Вона виявляється у частках одиниці чи відсотках. Різниця між сумарною та відбитою радіацією називається поглиненою радіацією, або балансом короткохвильової радіації земної поверхні В до :

Поверхня землі і земна атмосфера, як і всі тіла, що мають температуру вище за абсолютного нуля, також випромінюють радіацію, яку умовно називають довгохвильовою. Її довжини хвиль - приблизно від

4 до 100 мкм.

Власне випромінювання земної поверхні, за законом Cтефана - Больцмана, пропорційно четвертого ступеня її абсолютної темпи-

де = 0,814 10-10 кал/см2 хв град4 стала Стефана-Больцмана; відносна випромінювальна здатність діяльної поверхні: для більшої частини природних поверхонь 0,95.

Випромінювання атмосфери спрямоване як Землі, і у світовий простір. Частина довгохвильового атмосферного випромінювання, спрямована вниз і надходить до земної поверхні, називається зустрічним випромінюванням атмосфери і позначається Е а.

Різниця між власним випромінюванням земної поверхні Е з і зустрічним випромінюванням атмосфери Е а називається ефективним випромінюванням.

Величина Ееф, взята зі зворотним знаком, становить баланс довгохвильової радіації на земній поверхні д.

Різниця між усією приходить і всією радіацією, що йде, нази-

3.1. Прилади для вимірювання радіаційного балансу

і його складових

Для вимірювання інтенсивності променистої енергії застосовуються актинометричні прилади різної конструкції. Прилади бувають абсолютні та відносні. За абсолютними приладами показання отримують відразу в теплових одиницях, а за відносними - у відносних, тому для таких приладів необхідно знати перекладачі для переходу до теплових одиниць.

Абсолютні прилади по облаштуванню та обігу досить складні і не мають масового поширення. Застосовуються вони переважно для перевірки відносних приладів. У конструкції відносних приладів найчастіше використовується термоелектричний метод, який ґрунтується на залежності сили термоструму від різниці температур спаїв.

Приймачем термоелектричних приладів є термобатареї зі спаїв двох металів (рис. 3.1). Різниця температур спаїв створюється в результаті різної поглинальної здатності спаїв або

ванометром 3. У другому випадку різниця температур спаїв досягається шляхом затінення одних (спай3) та опромінення інших (спай2) сонячною радіацією. Так як різниця температур спаїв обумовлюється сонячною радіацією, що приходить, то інтенсивність її буде пропорційна силі термоелектричного струму:

де N відхилення стрілки гальванометра; а перекладний множник, кал/см2 хв.

Таким чином, для вираження інтенсивності радіації в теплових одиницях необхідно показання гальванометра помножити на множник.

Перекладний множник для пари термоелектричний прилад – гальванометр визначають шляхом порівняння з контрольним приладом або розраховують за електричними характеристиками, що містяться в сертифікатах гальванометра та актинометричного приладу, з точністю до 0,0001 кал/см2 хв за формулою

де перекладний множник; ціна поділу шкали гальванометра, мА; k чутливість термоелектричного приладу, мілівольт на 1 кал/см2 хв; R б опір термобатареї, Ом; R r внутрішній опір гальванометра, Ом; R доб додатковий опір гальванометра, Ом.

Термоелектричний актинометр АТ-50 служить для виміру прямої сонячної радіації.

Влаштування актинометра.Приймачем актинометра є диск1 із срібної фольги (рис. 3.2). З боку, зверненого до сонця, диск зачорнений, а з іншого боку до нього підклеєні через ізоляційну паперову прокладку внутрішні спаї2 термозірочки з манганіну та константану, що складається з 36 термоелементів (на схемі показано лише сім термоелементів). Зовнішні спаї3 термозірочки через ізоляційну паперову про-

Мал. 3.2. Схема термозір-

кладку 5 підклеєні до мідного диска4. По-

доньки актинометраслідний міститься у масивному мідному корпусі зі скобами, до яких приєднані

висновки термобатареї та м'які дроти 6 (рис. 3.3).

Корпус зі скобами закритий кожухом 7 закріпленим гайкою8, і з'єднаний гвинтом10 з мірною трубкою9. Усередині трубки є п'ять діафрагм, розташованих у порядку зменшення їх діаметра від 20 до 10 мм у напрямку корпусу. Діафрагми утримуються плоскою та пружною шайбами, встановленими між корпусом і найменшою діафрагмою. З внутрішньої сторони діафрагми зачорніли.

На кінцях трубки розташовані кільця 12 та 13 для націлювання актинометра на сонці. На кольце13 є отвір, але в кольце12 точка. При правильному встановленні пучок світла, що проходить через отвір, повинен точно потрапляти в точку кільця12. Трубка закривається знімною кришкою11 яка служить для визначення нульового положення гальванометра і захищає приймач від забруднення.

Трубка 9 з'єднується зі стойкой14, укріпленої на плато16 паралактичним штативом17. Для установки осі штатива відповідно до широти місця служить шкала18 з поділами, риска19 і гвинт20.

Встановлення. Спочатку вісь штатива встановлюють по широті спостережень. Для цього, послабивши гвинт20, повертають вісь штатива до збігу розподілу шкали18, відповідного

даної широті, з ризиком 19 і Мал. 3.3.Термоелектричнийзакріплюють вісь у цьому положенні.

актинометр АТ-50

ні. Потім актинометр встановлюють на горизонтальній підставці так, щоб стрілка на плато була орієнтована на північ, і, знявши кришку, орієнтують його на сонці шляхом ослаблення гвинта 23 та обертання рукоятки22; трубку9 повертають доти, поки пучок світла через отвір на кільці13 потрапляє на точку кільця12. Після цього дроти актинометра при відкритій кришці11 приєднують до клем гальванометра (+) і (С), дотримуючись полярності. Якщо стрілка гальванометра відхиляється за нуль, дроти міняють місцями.

Спостереження. За 1 хвилину до початку спостереження перевіряють встановлення приймача актинометра на сонці. Після цього кришку закривають і гальванометром роблять відлік нульового положення N 0 . Потім знімають кришку, перевіряють точність націлювання на сонці і 3 рази відраховують показання гальванометра з інтервалом 10-15 с (N 1 , N 2 , N 3 ) і температуру по гальванометру. Після спостережень пристрій закривають кришкою футляра.

Обробка спостережень.З трьох відліків за гальванометром знаходять середнє значення N c з точністю до 0,1:

N з N 1N 2N 3. 3

Для отримання виправленого відліку N до середнього значення N вводять шкалову поправку N , поправку на температуру N t з перевірочного свідоцтва гальванометра і віднімають місце нуля N 0 :

N N Nt N0.

Для вираження інтенсивності сонячної радіації S кал/см2 хв показання гальванометраN множать на перекладний множника:

Інтенсивність прямої сонячної радіації на горизонтальну поверхню обчислюють за формулою (3.3).

Висоту сонця над горизонтом h і sinh можна визначити за рівнянням

sin h = sin sin cos cos cos cos,

де широта місця спостережень; відмінювання сонця для цього дня (додаток 9); годинний кут сонця, що відраховується від моменту сьогодення. Визначається він за справжнім часом середини спостережень: t іст = 15 (t іст 12ч).

Термоелектричний піранометр П-3х3 застосовується для вимірювання розсіяної та сумарної сонячної радіації.

Влаштування піранометра (рис. 3.4).

Приймальна частина піранометра - термоелектрична батарея 1 , що складається з 87 термоелементів з манганіну і константану. Смужки манганіну та константану довжиною 10 мм послідовно спаяні між собою і укладені в квадраті 3x3 см так, що спаї розташовуються в середині та на поворотах. З зовнішнього боку поверхня термобатареї покрита сажею та магнезією. парні термобатареї спаї пофарбовані в білий колір, а непарні

– у чорний. Спаї розташовуються так, що

чорні та білі ділянки чергуються в

Мал. 3.4. Термоелектричний піранометр П-3х3

шаховому порядку. Через ізоляційну паперову прокладку термобатарея прикріплена до ребрів плитки 2 пригвинченої до корпусу3.

Внаслідок різного поглинання сонячної радіації створюється різниця температур чорних та білих спаїв, тому в ланцюзі виникає термострум. Висновки з термобатареї підведені до клем 4, до яких приєднуються дроти, що з'єднують піранометр з гальванометром.

Зверху корпус закритий напівсферичним скляним ковпаком 5 для захисту термобатареї від вітру і опадів. Для запобігання термобатареї та скляного ковпака від можливої ​​конденсації водяної пари на нижній частині корпусу є скляна сушарка6 з хімічним поглиначем вологи (металевий натрій, силікагель та ін.).

Корпус з термобатареєю та скляним ковпаком складає головку піранометра, яка пригвинчена до стійки 7, затиснутої в тренозі8 гвинтом9. Тринога укріплена на підставі футляра і має два настановні гвинти10. При вимірі розсіяної або сумарної радіації піранометр обертанням гвинтів10 встановлюють горизонтально за рівнем11.

Для затінення головки піранометра від прямих сонячних променів служить тіньовий екран діаметр якого дорівнює діаметру скляного ковпака. Тіньовий екран укріплений на трубці 14, яка гвинтом13 з'єднана з горизонтальним стрижнем12.

При затіненні приймача піранометра тіньовим екраном вимірюється розсіяна, а без затінення сумарна радіація.

Для визначення нульового положення стрілки гальванометра, а також захисту скляного ковпака від пошкодження головку піранометра закривають металевою кришкою 16.

Встановлення. Прилад встановлюють на відкритому майданчику. Перед спостереженням перевіряють наявність осушувача у скляній сушарці (1/3 сушарки має бути заповнена осушувачем). Потім трубку14 з тіньовим екраном15 приєднують до стрижня12 за допомогою гвинта13.

До сонця піранометр завжди повертають однією і тією ж стороною, позначеною номером на головці. Для повороту головки піранометра номером до сонця гвинт 9 трохи послаблюють і в такому положенні закріплюють.

Горизонтальність термобатареї перевіряють на рівні 11 і у разі порушення її регулюють настановними гвинтами10.

Гальванометр для вимірювання сили термоструму встановлюють з північної сторони від піранометра на такій відстані, щоб спостерігач при відліках не затіняв піранометр не тільки від прямих сонеч-

них променів, але й від ділянок піднебіння. Правильність підключення піранометра до гальванометра перевіряють при знятій кришці піранометра та звільненому арретирі гальванометра. При відхиленні стрілки за нуль шкали дроту змінюють місцями.

Спостереження. Безпосередньо перед спостереженням перевіряють правильність встановлення приладу за рівнем та щодо сонця. Для відліку нульового положення гальванометра головку піранометра закривають кришкою16 і записують показання гальванометра N 0 . Після цього кришку піранометра знімають та роблять серію відліків з інтервалом 10-15 с.

Спочатку відраховують показання гальванометра при затіненому піранометрі для визначення розсіяної радіації N 1 , N 2 , N 3 потім - при незатіненому положенні (тіньовий екран опускається ослабленням гвинта13 ) для визначення сумарної радіації N 4 , N 5 , N 6 . Після спостережень трубку з тіньовим екраном відгвинчують і закривають піранометр кришкою футляра.

Обробка спостережень.З серій відліків за гальванометром для кожного виду радіації визначають середні значення N D і N Q :

Потім отримують виправлені значення N D і N Q. З цією метою за середніми значеннями визначають шкалові поправки N D і N Q з перевірочного свідоцтва гальванометра і віднімають кульове показання гальванометра:

ND ND N N0, NQ NQ N N0.

Для визначення інтенсивності розсіяної радіації D кал/см2 хв необхідно показання гальванометра N D помножити на перекладний множника:

Для визначення сумарної радіації Q кал/см2 хв вводиться ще поправний множник на висоту сонця F h . Цей поправочний множник дається у перевірочному свідоцтві у формі графіка: по осі абсцис нанесена висота сонця над горизонтом, а по осі ординат - множник поправки.

З урахуванням поправного множника на висоту сонця сумарна радіація визначається за формулою

Q = a (NQ ND) Fh + ND.

При спостереженнях по піранометру може бути обчислена інтенсивність прямої радіації на горизонтальну поверхню як різницю сумарної і розсіяної радіації:

Похідний термоелектричний альбедометр АП-3х3

чений для вимірювання в похідних умовах сумарної, розсіяної та відбитої радіації. Насправді він застосовується головним чином виміру альбедо діяльної поверхні.

Влаштування альбедометра.Приймачем альбедометра (рис. 3.5) служить головка піранометра1, пригвинчена на втулці2 до трубки3 з карданним підвісом4 і рукояткою5. Поворотом рукоятки на 180° приймач може бути звернений вгору для вимірювання короткохвильової радіації, що приходить, і вниз для вимірювання відображеної короткохвильової радіації. Щоб трубка була у прямовисному положенні, всередині неї на стрижні ковзає спеціальний вантаж, який при поворотах приладу завжди пересувається вниз. Для пом'якшення ударів при повороті приладу на кінцях трубки підкладені гумові прокладки6.

У розібраному вигляді прилад кріпиться на підставі металевого футляра.

(С) при відкритому приймачі та звільненому арретирі гальванометра. Якщо стрілка гальванометра йде за нуль, дроти міняють місцями.

Під час спостережень на постійній ділянці приймач альбедометра встановлюють на висоті 1-1,5 м над діяльною поверхнею, а на сільськогосподарських полях – на відстані 0,5 м від верхнього рівня рослинного покриву. При вимірі сумарної та розсіяної радіації головку альбедометра повертають номером до сонця.

Спостереження. За 3 хв на початок спостережень відзначають місце нуля. Для цього головку альбедометра закривають кришкою та відраховують показання гальванометра N 0 . Потім відкривають кришку і виробляють три відліки по гальванометру при положенні приймача альбедометра вгору для вимірювання сумарної радіації:N 1 , N 2 , N 3 . Після третього відліку приймач повертають вниз і через 1 хв проводять три відліки для вимірювання відбитої радіації: N 4 N 5 N 6 . Потім приймач знову повертають вгору і через 1 хв роблять ще три відліки для вимірювання сумарної радіації, що приходить: N 7 , N 8 , N 9 . Після закінчення серії відліків приймач закривають кришкою.

Обробка спостережень.Спочатку обчислюють середні значення відліків за гальванометром для кожного виду радіації N Q і N Rk :

N Q N 1N 2N 3N 7N 8N 9, 6

N Rk N 4N 5N 6. 3

Потім до середніх значень вводять шкалову поправку з перевірочного свідоцтва N Q і N Rk, віднімають місце нуля N 0 і визначають виправлені значення N Q і N Rk:

N QN QN N 0, N RkN RkN N 0 .

Так як альбедо виражається ставленням відбитої радіації до сумарної, то переказний множник скорочується і альбедо обчислюється як відношення виправлених показань гальванометра при вимірюванні відбитої та сумарної радіації (у відсотках):

Альбедометр є найбільш універсальним приладом. За наявності переказного множника їм можна визначити сумарну радіацію, розсіяну, відбиту та розрахувати пряму радіацію на горизонтальну поверхню. При спостереженнях за розсіяною радіацією необхідно застосовувати тіньовий екран для захисту приймача від прямого сонячного проміння.

Балансомір термоелектричний М-10 застосовується для вимірювання

ня радіаційного балансу підстилаючої поверхні, або залишкової радіації, яка являє собою суму алгебри всіх видів радіації, що надходять і втрачаються цією поверхнею. Прибуткова частина радіації складається з прямої радіації на горизонтальну поверхню S" , розсіяної радіації D і випромінювання атмосфери E а . Витратна частина радіаційного балансу, або радіація, що йде, являє собою відбиту короткохвильову радіацію R K і довгохвильове випромінювання землі Е 3 .

Дія балансоміра заснована на перетворенні потоків радіації в термоелектрорушійну силу за допомогою термобатареї.

Електрорухаюча сила, що виникає в термобатареї, пропорційна різниці температур між верхнім і нижнім приймачами балансоміра. Так як температура приймачів залежить від радіації, що приходить і йде, то і електрорушійна сила буде пропорційна різниці потоків радіації, що надходять зверху і знизу на приймачі.

Радіаційний баланс При вимірюванні балансоміром виражається рівнянням

N показання гальванометра; k поправочний множник, що враховує вплив швидкості вітру (табл. 3.1).

Таблиця 3.1

Поправочний множник k (приклад)

Показання балансоміра, помножені на поправочний множник, що відповідає даній швидкості вітру, наводяться до показань балансоміра при штилі.

Пристрій балансоміру(Рис. 3.6). Приймачем балансоміра служать дві зачорнені тонкі мідні пластинки1 і 2 мають форму квадрата зі стороною 48 мм. З внутрішньої сторони до них приклеєні через паперові прокладки спаі3, 4 термобатареї. Спаї утворені витками намотаної на мідний брусок5 константанової стрічки. Кожен виток стрічки наполовину сріблястий. Початок і кінець срібного шару є термоспаями. Парні спаї підклеєні до верхньої, а не-

ні до нижньої платівки. Вся термобатарея складається з десяти брусків, на кожен з яких намотано 32-33 витки. Приймач балансоміра поміщений в корпус6 має форму диска діаметром 96 мм і товщиною 4 мм. Корпус з'єднаний з рукояткою7 через яку пропущені висновки8 від термобатареї. Балансомір за допомогою кульових шарнір-

Встановлення. Прилад прикріплюють панелькою до кінця дерев'яної рейки на висоті 1,5 м від землі. Приймач його встановлюють горизонтально завжди однією і тією ж приймальною стороною вгору, зазначеною на приладі цифрою 1. Виводи з термобатар підключають до гальванометра.

Найчастіше балансомір затіняють екраном від прямої сонячної радіації. Тому на одній рейці з балансоміром встановлюють актинометр для вимірювання прямої сонячної радіації. Для врахування впливу швидкості вітру на рівні балансоміра і на невеликій відстані від нього встановлюють анемометр.

Спостереження. За 3 хв на початок спостереження визначають місце нуля балансомераN 0 . Виробляється це при розімкнутому ланцюзі. Після цього балансомір підключають до гальванометр так, щоб стрілка гальванометра відхилялася вправо, і проводять три відліки по балансомеру N 1 , N 2 , N 3 і одночасно три відліки по анемометру1, 2, 3 . Якщо балансомір встановлений з тіньовим екраном, то після першого та другого відліків за балансоміром виробляють два відліки по актинометру

Сонячна радіація- енергія сонячного випромінювання, що надходить на Землю, у вигляді потоку електромагнітних хвиль.

Сонце поширює довкола себе потужне електромагнітне випромінювання. Усього одна двухмиллиардная його частка потрапляє у верхні верстви атмосфери Землі, але вона становить величезну кількість калорій за хвилину.

Далеко не весь енергетичний потік досягає поверхні Землі - більша його частина відкидається планетою у світовий простір. Земля відбиває атаку тих променів, які згубні живої речовини планети. На подальшому шляху до Землі сонячні промені зустрічають перешкоди у вигляді наповнюють атмосферу водяної пари, молекул вуглекислого газу та частинок пилу, зважених у повітрі. Атмосферний "фільтр" поглинає значну частину променів, розсіює їх, відбиває. Особливо велика відбивна здатність хмар. В результаті безпосередньо земна поверхня отримує лише 2/3 тієї радіації, що пропускається озоновим екраном. Але і з цієї частини багато що відображається відповідно до відбивної здатності різних поверхонь.

На всю поверхню Землі надходить трохи більше 100 000 калорій на 1 см2 за хвилину. Ця радіація поглинається рослинністю, ґрунтом, поверхнею морів та океанів. Вона перетворюється на тепло, яке витрачається на прогрівання шарів атмосфери, рух повітряних і водних мас, створення всього великого розмаїття форм життя Землі.

Сонячна радіація надходить на земну поверхню різними шляхами:

1. пряма радіація: надходження радіації безпосередньо від Сонця, якщо воно не закрите хмарами;
2. розсіяна радіація: надходження радіації від небесного склепіння або хмар, що розсіюють сонячне проміння;
3. теплова: надходження радіації походить від атмосфери, що нагрілася внаслідок дії радіації.

Пряма і розсіяна радіація надходить лише вдень. Разом вони становлять сумарну радіацію. Та сонячна радіація, яка залишається після втрати на відбиття від поверхні, називається поглиненою.

Сонячну радіацію вимірюють за допомогою приладу, який називається актинометром.

Сонце заливає Землю цілим океаном енергії, який практично невичерпний, тому останніми роками дедалі більше уваги приділяється проблемі використання сонячної енергії у господарстві. У різних країнах вже працюють сонячні опріснювачі, водонагрівачі, сушарі. Повністю на енергії сонячної радіації працюють штучні супутники, космічні кораблі, лабораторії, що запускаються з Землі.

Сонячна радіація вікіпедія
Пошук по сайту:

На зміни припливу тепла в короткі періоди часу та на нерівномірний розподіл його в ландшафтній оболонці впливає ряд обставин, з яких ми розглянемо найважливіші.

Невеликі періодичні зміни радіації залежать передусім від цього, що Земля звертається навколо Сонця з еліптичної орбіті і, отже, відстань її від Сонця змінюється. У перигелії, тобто в найближчій до Сонця точці орбіти (Земля буває в ній у справжню епоху 1 січня), відстань дорівнює 147 млн. км; в афелії, тобто найбільш віддаленій від Сонця точці орбіти (3 липня), ця відстань вже 152 млн. км; різниця становить 5 млн км. Відповідно до цього на початку січня радіація збільшується на 3,4% порівняно із середньою (тобто обчисленою для середньої відстані від Землі до Сонця), а на початку липня на 3,5% зменшується.

Дуже важливим чинником, визначальним кількість радіації, одержуване тим чи іншим ділянкою земної поверхні, є кут падіння сонячних променів. Якщо J - інтенсивність радіації при вертикальному падінні променів, то при зустрічі їх з поверхнею під кутом α інтенсивність радіації буде J sin α: чим гостріший кут, тим на велику площу повинна розподілитися енергія пучка променів і, отже, тим менше її доведеться на одиницю площі.

Кут, що утворюється сонячними променями із земною поверхнею, залежить від рельєфу місцевості, географічної широти та висоти Сонця над горизонтом, що змінюється як протягом доби, так і протягом року.

На нерівній місцевості (все одно, чи йдеться про гори або дрібні нерівності) різні елементи рельєфу висвітлюються Сонцем неоднаково. На сонячному схилі пагорба кут падіння променів більше, ніж рівнині біля підніжжя пагорба, але протилежному схилі цей кут дуже малий. Під Ленінградом схил пагорба, звернений на південь і нахилений під кутом 10°, знаходиться в тих же теплових умовах, що горизонтальний майданчик під Харковом.

Взимку обернені на південь круті схили обігріваються краще, ніж пологі (оскільки Сонце стоїть загалом низько над горизонтом). Влітку пологі схили південної експозиції отримують тепла більше, а круті менше, ніж горизонтальна поверхня. Схили північної експозиції у нашій півкулі у всі сезони отримують найменшу кількість радіації.

Залежність кута падіння сонячних променів від географічної широти досить складна, оскільки за існуючому вугіллі нахилу екліптики висота Сонця у цьому місці (означає, і кут падіння сонячних променів на площину горизонту) змінюється як у добу, а й у року.

Найбільша південна висота, яка на широті φ. Сонце досягає в дні рівнодення, становить 90 ° - φ, в день літнього сонцестояння 90 ° - φ +23 °, 5 і в день зимового сонцестояння 90 ° - φ - 23 °, 5.

Отже, найбільший кут падіння сонячних променів опівдні на екваторі року змінюється від 90° до 66°,5, але в полюсі від -23°,5 до + 23°,5, т. е. майже від 0° до + 23 °,5 (оскільки негативний кут характеризує величину занурення Сонця під горизонт).

Велику роль перетворення сонячної радіації грає газова оболонка Землі. Частинки повітря, водяної пари та порошинки розсіюють сонячне світло; завдяки цьому вдень світло і за відсутності прямих сонячних променів. Атмосфера, крім того, поглинає кілька променистої енергії, тобто переводить її в теплову. Зрештою, сонячна радіація, що надходить в атмосферу, частково відбивається назад у світовий простір. Особливо сильними відбивачами є хмари.

В результаті не вся радіація, що надійшла на межу атмосфери, досягає поверхні Землі, а лише частина її і до того якісно (за спектральним складом) змінена, так як хвилі коротше 0,3 μ, енергійно поглинаються киснем і озоном, до земної поверхні не доходять, а видимі хвилі неоднаково розсіюються.

Очевидно, що за відсутності атмосфери тепловий режим Землі відрізнявся від того, який насправді спостерігається. Для низки розрахунків і зіставлень нерідко буває зручно усунути вплив атмосфери на радіацію, мати уявлення про радіацію в чистому вигляді. З цією метою обчислюють так звану сонячну постійну, тобто кількість тепла, що припадає на 1 хв. на 1 кв. см перпендикулярної до сонячних променів чорної (поглинаючої всю радіацію) поверхні, яку Земля отримувала при своїй середній відстані від Сонця і за відсутності атмосфери. Сонячна стала дорівнює 1,9 кал.

За наявності атмосфери особливого значення набуває такий фактор, що впливає на радіацію, як довжина шляху сонячного променя в атмосфері. Чим більшу товщу повітря повинен пронизувати сонячний промінь, тим більше він втратить енергії в процесах розсіювання, відображення і поглинання. Довжина шляху променя безпосередньо залежить від висоти Сонця над горизонтом і, отже, від часу доби та пори року. Якщо довжину шляху сонячного променя крізь атмосферу за висотою Сонця 90° прийняти за одиницю, тоді довжина шляху за висотою Сонця 40° подвоїться, за висотою 10° дорівнюватиме 5,7 тощо.

Для теплового режиму земної поверхні дуже важливою є ще тривалість освітлення її Сонцем. Оскільки Сонце світить лише вдень, то визначальним фактором тут буде довжина дня, що змінюється на пори року.

Нарешті, слід пам'ятати, що, хоча інтенсивність радіації вимірюється стосовно поверхні, що поглинає всю радіацію, насправді сонячна енергія, що падає різні за своєю природою тіла, поглинається далеко ще не однаково. Відношення відбитої радіації до падаючої називається альбедо. Давно відомо, що альбедо чорного ґрунту, світлих скель, трав'янистого простору, дзеркала водойми тощо сильно відрізняються. Світлі піски відбивають 30-35%, чорний ґрунт (гумус) 26%, зелена трава 26% радіації. Для свіжого чистого і сухого снігу альбедо може досягати 97%. Вологий грунт поглинає радіацію інакше, ніж суха: синя суха глина відбиває 23% радіації, та ж мокра 16%. Отже, навіть при тому самому припливі радіації, в одних і тих же умовах рельєфу, різні точки земної поверхні отримуватимуть різну кількість тепла.

З періодичних факторів, що зумовлюють відомий ритм у коливаннях радіації, особливе значення має зміна пір року.

Якщо ви знайшли помилку, будь ласка, виділіть фрагмент тексту та натисніть Ctrl+Enter.

Вконтакте

Однокласники

Під сонячною радіацією розуміють випромінювання Сонця, яке вимірюється з її теплової дії та інтенсивності.

Та сонячна радіація, яка безпосередньо доходить до Землі, називається прямою сонячною радіацією. Частина сонячної радіації розсіюється в атмосфері, після чого вже сягає поверхні планети, таку радіацію називають розсіяною сонячною радіацією. Пряма та розсіяна радіації разом становлять сумарну сонячну радіацію.

Сумарну сонячну радіацію визначають теплової дії на одиницю поверхні за одиницю часу. Виражають у калоріях чи джоулях.

Кількість сумарної сонячної радіації, що потрапляє на поверхню, залежить від висоти Сонця, тривалості дня, властивостей атмосфери (її прозорості, хмарності).

Так як Земля має кулясту форму, то найбільше високо над горизонтом Сонце піднімається на екваторі. Тут сонячні промені падають перпендикулярно до поверхні. При русі до полюсів сонячні промені падають вже під усе більшим нахилом і тому приносять менше тепла. Крім того, чим ближче до екватора, тим довше день, і, отже, поверхня отримує більше тепла.

Проте на сумарну сонячну радіацію впливає як географічна широта.

Сонячна радіація та її вплив на організм людини та клімат

На екваторі висока хмарність та вологість, це перешкоджає проходженню сонячних променів. Тому тут сумарна сонячна радіація менша, ніж у континентальному тропічному кліматі (наприклад, територія Сахари).

Сонце - джерело світла і тепла, якого потребує все живе на Землі. Але крім фотонів світла, воно випромінює жорстку іонізуючу радіацію, що складається з ядер та протонів гелію. Чому так відбувається?

Причини виникнення сонячного випромінювання

Сонячна радіація утворюється в денний час під час хромосферних спалахів - гігантських вибухів, що відбуваються в атмосфері Сонця. Частина сонячної речовини викидається в космічний простір, утворюючи космічні промені, що головним чином складаються з протонів і невеликої кількості ядер гелію. Ці заряджені частинки через 15-20 хвилин після того, як сонячний спалах стає видимим, досягають поверхні землі.

Повітря відсікає первинне космічне випромінювання, породжуючи каскадну ядерну зливу, яка згасає зі зниженням висоти. При цьому народжуються нові частки - півонії, які розпадаються та перетворюються на мюони. Вони проникають у нижні шари атмосфери та потрапляють на землю, зариваючись углиб до 1500 метрів. Саме мюони відповідають за утворення вторинного космічного випромінювання та природної радіації, що впливає на людину.

Спектр сонячного випромінювання

Спектр сонячного випромінювання включає як короткохвильові, так і довгохвильові області:

• гамма-промені;
• рентгенівське випромінювання;
• УФ-радіацію;
• видиме світло;
• інфрачервону радіацію.

Понад 95% випромінювання Сонця посідає область «оптичного вікна» - видимої ділянки спектра з прилеглими областями ультрафіолетових та інфрачервоних хвиль.

Що таке сонячна радіація? Види випромінювання та його вплив на організм

У міру проходження через шари атмосфери дія сонячних променів послаблюється – вся іонізуюча радіація, рентгенівські промені та майже 98% ультрафіолету затримуються земною атмосферою. Практично без втрат до землі доходить видиме світло та інфрачервоне випромінювання, хоча вони частково поглинаються молекулами газів і частинками пилу, що знаходяться в повітрі.

У зв'язку з цим сонячне випромінювання не призводить до помітного підвищення радіоактивного випромінювання на поверхні Землі. Вклад Сонця разом із космічними променями у формування загальної річної дози опромінення становить лише 0,3 мЗв/год. Але це усереднене значення, насправді рівень падаючого на випромінювання різний і залежить від географічного положення місцевості.

Де сонячне іонізуюче опромінення сильніше?

Найбільша потужність космічних променів фіксується на полюсах, а найменше – на екваторі. Пов'язано це з тим, що магнітне поле Землі відхиляє до полюсів заряджені частинки, що падають із космосу. Крім цього, випромінювання посилюється з висотою – на висоті 10 кілометрів над рівнем моря його показник зростає у 20-25 разів. Активному впливу більш високих доз сонячної радіації піддаються жителі високогір'їв, оскільки атмосфера в горах тонше і легше прострілюється потоками гамма-квантів, що йдуть від сонця, і елементарних частинок.

Важливо. Серйозного впливу радіаційний рівень до 0,3 мЗв/год не чинить, але при дозі 1,2 мкЗ/год рекомендується залишити район, а в разі крайньої необхідності знаходиться на його території не більше півроку. При перевищенні свідчень удвічі слід обмежити перебування у цій місцевості до трьох місяців.

Якщо над рівнем моря річна доза космічного опромінення становить 0,3 мЗв/рік, то за підвищення висоти через кожні сто метрів цей показник збільшується на 0,03 мЗв/рік. Після проведення невеликих розрахунків можна зробити висновок, що тижнева відпустка в горах на висоті 2000 метрів дасть опромінення 1мЗв/рік та забезпечить майже половину загальної річної норми (2,4 мЗв/рік).

Виходить, що жителі гір отримують річну дозу радіації, яка в рази перевищує норму, і повинні частіше хворіти на лейкоз і рак, ніж люди, що живуть на рівнинах. Насправді це не так. Навпаки, у гірських районах фіксується нижча смертність від цих захворювань, а частина населення – довгожителі. Це підтверджує той факт, що тривале перебування у місцях високої радіаційної активності не має негативного впливу на організм людини.

Сонячні спалахи - висока радіаційна небезпека

Спалахи на Сонці - велика небезпека для людини і всього живого на Землі, оскільки щільність потоку сонячного випромінювання може перевищувати звичайний рівень космічного випромінювання в тисячу разів. Так, видатний радянський вчений А. Л. Чижевський пов'язав періоди утворення сонячних плям з епідеміями тифу (1883-1917 р) та холери (1823-1923 р) у Росії. На підставі зроблених графіків він ще в 1930 передбачив виникнення великої пандемії холери в 1960-1962 роках, яка і почалася в Індонезії в 1961 році, потім швидко поширилася на інші країни Азії, Африки та Європи.

Сьогодні отримано безліч даних, що свідчать про зв'язок одинадцятирічних циклів сонячної активності зі спалахами захворювань, а також з масовими міграціями та сезонами бурхливого розмноження комах, ссавців та вірусів. Гематологи встановили збільшення кількості інфарктів та інсультів у періоди максимальної сонячної активності. Така статистика пов'язана з тим, що в цей час у людей підвищується згортання крові, а так як у хворих із захворюваннями серця компенсаторна діяльність пригнічена, виникають збої в його роботі аж до некрозів серцевої тканини та крововиливів у мозок.

Великі сонячні спалахи відбуваються не так часто – раз на 4 роки. У цей час збільшується кількість і розмір плям, у сонячній короні утворюються потужні коронарні промені, що складаються з протонів та невеликої кількості альфа-часток. Найпотужніший їхній потік астрологи зареєстрували у 1956 році, коли щільність космічного випромінювання на поверхні землі збільшилась у 4 рази. Ще одним наслідком подібної сонячної активності стало полярне сяйво, зафіксоване у Москві та Підмосков'ї у 2000 році.

Як убезпечити себе?

Звичайно, підвищене радіаційне тло в горах - не привід відмовлятися від поїздок у гори. Щоправда, варто подумати про заходи безпеки та вирушити у подорож разом із портативним радіометром, який допоможе контролювати рівень радіації та за необхідності обмежити час перебування у небезпечних районах. У місцевості, де показання лічильника показують величину іонізуючого опромінення в 7 мкЗв/год, не варто перебувати більше одного місяця.

Сумарна сонячна радіація та радіаційний баланс

Сумарна радіація – це сума прямої (на горизонтальну поверхню) та розсіяної радіації. Склад сумарної радіації, тобто співвідношення між прямою та розсіяною радіацією, змінюється в залежності від висоти сонця, прозорості, атмосфери та хмарності.

До сходу сонця сумарна радіація складається повністю, а за малих висот сонця – переважно з розсіяної радіації. Зі збільшенням висоти сонця частка розсіяної радіації у складі сумарної при безхмарному небі зменшується: за h = 8° вона становить 50%, а за h = 50° – лише 10-20%.

Чим прозоріша атмосфера, тим менша частка розсіяної радіації у складі сумарної.

3. Залежно від форми, висоти та кількості хмар частка розсіяної радіації збільшується у різному ступені. Коли сонце закрите щільними хмарами, сумарна радіація складається лише з розсіяної. При таких хмарах розсіяна радіація лише частково заповнює зменшення прямої, і тому збільшення кількості та щільності хмар у середньому супроводжується зменшенням сумарної радіації. Але при невеликій або тонкій хмарності, коли сонце зовсім відкрите або не повністю закрите хмарами, сумарна радіація за рахунок збільшення розсіяної може виявитися більшою, ніж при ясному небі.

Добовий та річний хід сумарної радіації визначається головним чином зміною висоти сонця: сумарна радіація змінюється майже прямо пропорційно до зміни висоти сонця.

Сонячна радіація або іонізуюче випромінювання сонця

Але вплив хмарності та прозорості повітря сильно ускладнює цю просту залежність та порушує плавний хід сумарної радіації.

Сумарна радіація значно залежить також від широти місця. Зі зменшенням широти її добові суми збільшуються, причому, що менше широта місця, то рівномірніше сумарна радіація розподіляється за місяцями, т. е. тим менше амплітуда її річного ходу. Наприклад, у Павловську (φ = 60°) її місячні суми становлять від 12 до 407 кал/см 2 , у Вашингтоні (φ = 38,9°) – від 142 до 486 кал/см 2 , а у Такубаї (φ = 19 °) - від 307 до 556 кал/см 2 . Річні суми сумарної радіації також збільшуються із зменшенням широти. Однак в окремі місяці сумарна радіація в полярних районах може бути більшою, ніж у нижчих широтах. Наприклад, у бухті Тихий у червні сумарна радіація на 37% більше, ніж у Павлівську, і на 5% більше, ніж у Феодосії.

Безперервні спостереження в Антарктиді за останні 7-8 років показують, що місячні суми сумарної радіації в цьому районі в самому теплому місяці (грудні) приблизно в 1,5 рази більше, ніж на таких самих широтах в Арктиці, і дорівнюють відповідним сумам у Криму та у Ташкенті. Навіть річні суми сумарної радіації в Антарктиді більші, ніж, наприклад, у Санкт-Петербурзі. Такий значний прихід сонячної радіації в Антарктиді пояснюється сухістю повітря, великою висотою антарктичних станцій над рівнем моря та високою відбивною здатністю снігової поверхні (70-90%), що збільшує розсіяну радіацію.

Різниця між усіма приходять на діяльну поверхню і потоками променистої енергії, що відходять від неї, називається радіаційним балансом діяльної поверхні. Інакше кажучи, радіаційний баланс діяльної поверхні є різницею між приходом і витратою радіації на цій поверхні. Якщо поверхня горизонтальна, то до прибуткової частини балансу відносяться пряма радіація, що приходить на горизонтальну поверхню, розсіяна радіація та зустрічне випромінювання атмосфери. Витрата радіації складається з відбитої короткохвильової, довгохвильового випромінювання діяльної поверхні та відбитої від неї частини зустрічного випромінювання атмосфери.

Радіаційний баланс є фактичним приходом, або витратою променистої енергії на діяльній поверхні, від якого залежить, чи відбуватиметься її нагрівання або охолодження. Якщо прихід променистої енергії більший від її витрати, то радіаційний баланс позитивний і поверхня нагрівається. Якщо ж прихід менший за витрату, то радіаційний баланс негативний і поверхня охолоджується. Радіаційний баланс загалом, як і окремі складові його елементи, залежить багатьох чинників. Особливо сильно на нього впливають висота сонця, тривалість сонячного сяйва, характер та стан діяльної поверхні, замутнення атмосфери, вміст у ній водяної пари, хмарність та ін.

Миттєвий (хвилинний) баланс вдень зазвичай позитивний, особливо влітку. Приблизно за 1 годину до заходу сонця (за винятком зимового часу) витрата променистої енергії починає перевищувати її прихід, і радіаційний баланс стає негативним. Приблизно через 1 годину після сходу сонця він знову стає позитивним. Добовий хід балансу вдень при ясному небі приблизно паралельний ходу прямої радіації. Протягом ночі радіаційний баланс зазвичай змінюється мало, але під впливом мінливої ​​хмарності він може значно змінюватися

Річні суми радіаційного балансу позитивні по всій поверхні суші і океанів, крім районів із постійним сніговим чи крижаним покривом, наприклад Центральної Гренландії та Антарктиди. На північ від 40° північної широти і на південь від 40° південної широти зимові місячні суми радіаційного балансу негативні, причому період з негативним балансом збільшується у напрямку до полюсів. Так, у Арктиці ці суми позитивні лише у літні місяці, на широті 60° – протягом семи місяців, але в широті 50° – протягом дев'яти місяців. Річні суми радіаційного балансу змінюються під час переходу з суші на море.

Радіаційний баланс системи Земля-атмосфера є балансом променистої енергії у вертикальному стовпі атмосфери перетином 1 см 2 , що простягається від діяльної поверхні до верхньої межі атмосфери. Його прибуткова частина складається з сонячної радіації, поглиненої діяльною поверхнею та атмосферою, а видаткова – з тієї частини довгохвильового випромінювання земної поверхні та атмосфери, що йде у світовий простір. Радіаційний баланс системи Земля-атмосфера позитивний у поясі від 30° південної широти до 30° північної широти, а більш високих широтах він негативний

Вивчення радіаційного балансу становить великий практичний інтерес, оскільки цей баланс одна із основних кліматоутворюючих чинників. Від його величини залежить тепловий режим як грунту чи водойми, а й прилеглих до них верств атмосфери. Знання радіаційного балансу має велике значення при розрахунках випаровування, щодо питання про формування та трансформації повітряних мас, при розгляді впливу радіації на людину і рослинний світ.

Сторінка 1 з 4

РОЗПОДІЛ ТЕПЛА І СВІТЛА НА ЗЕМЛІ

Сонце - зірка Сонячної системи, яка є для планети Земля джерелом величезної кількості тепла та сліпучого світла. Незважаючи на те, що Сонце знаходиться від нас на значній відстані і до нас доходить лише невелика частина його випромінювання, цього цілком достатньо для розвитку життя на Землі. Наша планета обертається навколо Сонця по орбіті.

Сонячна радіація

Якщо з космічного корабля спостерігати Землю протягом року, можна помітити, що Сонце завжди висвітлює лише одну половину Землі, отже, там буде день, але в протилежної половині у цей час буде ніч. Земна поверхня отримує тепло лише вдень.

Наша земля нагрівається нерівномірно.

Нерівномірне нагрівання Землі пояснюється її кулястою формою, тому кут падіння сонячного променя у різних районах різний, отже, різні ділянки Землі отримують різну кількість тепла. На екваторі сонячні промені падають прямовисно, і вони сильно нагрівають Землю. Чим далі від екватора, тим кут падіння променя стає меншим, а отже, і меншою кількістю тепла отримують ці території. Один і той же за потужністю пучок сонячного випромінювання обігріває у екватора набагато меншу площу, оскільки він падає прямовисно. Крім того, промені, що падають під меншим кутом, ніж на екваторі, пронизуючи атмосферу, проходять у ній більший шлях, внаслідок чого частина сонячних променів розсіюється в тропосфері і не доходить до земної поверхні. Все це свідчить про те, що при віддаленні від екватора на північ або на південь зменшується температура повітря, оскільки зменшується кут падіння сонячного променя.

23 4 Наступна > Кінець >>

Енергія Сонця є джерелом життя на планеті. Сонце нагріває атмосферу та поверхню Землі. Завдяки сонячній енергії дмуть вітри, здійснюється кругообіг води в природі, нагріваються моря та океани, розвиваються рослини, тварини мають корм (див. рис.1.1). Саме завдяки сонячному випромінюванню Землі існують викопні види палива.

Рисунок 1.1 – Вплив сонячного випромінювання Землю

Сонячна енергія може бути перетворена на теплоту або холод, рушійну силу та електрику. Основним джерелом енергії практично всіх природних процесів, що відбуваються на поверхні Землі та в атмосфері, є енергія, яка надходить на Землю від Сонця у вигляді сонячної радіації.

На малюнку 1.2 представлено класифікаційну схему, яка відображає процеси, що виникають на поверхні Землі та в її атмосфері під дією сонячного випромінювання.

Результатами прямої сонячної діяльності є тепловий ефект та фотоефект, внаслідок чого Земля отримує теплову енергію та світло. Результатами непрямої діяльності Сонця є відповідні ефекти в атмосфері, гідросфері та геосфері, що служать причиною появи вітру, хвиль, що зумовлюють перебіг річок, створюють умови для збереження внутрішнього тепла Землі.

Рисунок 1.2 – Класифікація відновлюваних джерел енергії

Сонце є газовою кулею радіусом 695300 км, в 109 разів більше радіусу Землі, з температурою випромінюючої поверхні близько 6000°С. Усередині Сонця температура сягає 40 млн °С.

На малюнку 1.3 наведено схему будови Сонця. Сонце - гігантський "термоядерний реактор", що працює на водні і щомиті шляхом плавлення переробляє 564 млн. тонн водню в 560 млн. тонн гелію. Втрата чотирьох мільйонів тонн маси дорівнює 9:1-10 9 ГВт год енергії (1 ГВт дорівнює 1 млн. кВт). За одну секунду енергії виробляється більше, ніж шість мільярдів АЕС, змогли б виробити за рік. Завдяки захисній оболонці атмосфери лише частина цієї енергії досягає поверхні Землі.

Відстань між центрами Землі та Сонця дорівнює в середньому 1,496*10 8 км.

Щорічно Сонцепосилає до Землі близько 1,6 10 18 кВт ч променистої енергії або 1,3 * 1024 кал тепла. Це у 20 тис. разів більше за сучасне світове енергоспоживання. Вклад Сонцяенергетичний баланс земної кулі в 5000 разів перевищує сумарний внесок усіх інших джерел.

Такої кількості тепла вистачило б, щоб розтопити шар льоду товщиною 35 м, що покриває поверхню земну при 0°С.

У порівнянні з сонячною радіацією всі інші джерела енергії, що надходить на Землю, дуже малі. Так, енергія зірок становить одну стомільйонну частину сонячної енергії; космічне випромінювання – дві мільярдні частки. Внутрішнє тепло, що надходить із глибини Землі на її поверхню становить одну десятитисячну частину сонячної енергії.

Малюнок 1.3 – Схема будови Сонця

Таким чином. Сонце є фактично єдиним джерелом теплової енергії Землі.

У центрі Сонця знаходиться сонячне ядро ​​(див. рис. 1.4). Фотосфера - це видима поверхня Сонця, яка є основним джерелом випромінювання. Сонце оточує сонячна корона, яка має дуже високу температуру, проте вона вкрай розріджена, тому вона видима неозброєним оком тільки в періоди повного сонячного затемнення.

Видима поверхня Сонця, що випромінює радіацію називається фотосферою (сфера світла). Вона складається з розжареної пари різних хімічних елементів, що знаходяться в іонізованому стані.

Над фотосферою знаходиться практично прозора атмосфера Сонця, що світиться, що складається з розряджених газів, яка називається хромосферою.

Над хромосферою розташовується зовнішня оболонка Сонця, яка називається короною.

Гази, що утворюють Сонце, перебувають у стані безперервного бурхливого (інтенсивного) руху, що зумовлює появу про сонячних плям, смолоскипів і протуберанців.

Сонячні плями є великими вирвами, що утворилися в результаті вихрових рухів мас газу, швидкість яких досягає 1-2 км/с. Температура плям на 1500°С нижче за температуру Сонця і становить близько 4500°С. Кількість сонячних плям змінюється рік у рік із періодом близько 11 років.

Малюнок 1.4 - Будова Сонця

Сонячні смолоскипи - це викиди сонячної енергії, а протуберанці - колосальної сили - вибухи в хромосфері Сонця, що досягають висоти до 2 млн. км.

Спостереження показали, що зі збільшенням кількості сонячних плям збільшується кількість факелів та протуберанців та відповідно збільшується сонячна активність.

Зі збільшенням сонячної активності на Землі відбуваються магнітні бурі, які негативно впливають на телефонний, телеграфний і радіозв'язок, а також на умови життєдіяльності. З цим явищем пов'язане збільшення полярних сяйв.

Слід зазначити, що в період збільшення сонячних плям, інтенсивність сонячної радіації спочатку збільшується, що пов'язано із загальним збільшенням сонячної активності в початковий період, а потім сонячне випромінювання зменшується, так як збільшується площа сонячних плям, що мають температуру на 1500 нижче температури фотосфери.

Частина метеорології, що вивчає вплив сонячної радіації на Землі та в атмосфері, називається актинометрією.

При актинометрических роботах потрібно знати становище Сонця на небесному склепіння. Це положення визначається заввишки або азимутом Сонця.

Висотою Сонця heназивається кутова відстань від Сонця до горизонту, тобто кут між напрямком на Сонце та площиною горизонту.

Кутова відстань Сонця від зеніту, тобто від вертикального напряму називається азимутом або зенітною відстанню.

Між висотою та зенітною відстанню існує співвідношення

(1.1)

Азімут Сонця визначається рідко, тільки для спеціальних робіт.

Висота Сонця над горизонтом визначається за такою формулою:

де - широта місця спостережень;

- відмінювання Сонця - це дуга кола відмін від екватора до Сонця, яка відраховується в залежності від положення Сонця в обидві сторони від екватора від 0 до ±90 °;

t - годинний кут Сонця або справжній сонячний час у градусах.

Величина відміни Сонця на кожен день наводиться в астрономічних довідниках за багаторічний період.

За формулою (1.2) можна обчислити для будь-якого часу tвисоту Сонця heабо за заданою висотою hcвизначити час, коли Сонце буває на цій висоті.

Максимальна висота Сонця опівдні для різних днів року обчислюється за такою формулою:

(1.3)