- Strålestråling og diffus stråling
- Sort kropsstråling
- Termoelement
- Pyrheliometer Arbejde og konstruktion
- Pyranometer Arbejde og konstruktion
Vi ved alle, at livet opretholdes på jorden på grund af solen, da det giver tilstrækkelig varmeenergi til at holde jorden varm. Denne energi leveres af solen i form af elektromagnetisk stråling, der normalt kaldes solstråling. Noget af strålingen er gavnligt for mennesker, mens en anden stråling er skadeligt for hele livet.
For at nå solstråling til jordoverfladen skal den passere gennem atmosfæren, hvor den absorberes, spredes, reflekteres og transmitteres, hvilket resulterer i reduktion af energifluxens densitet. Denne reduktion er meget signifikant, da mere end 30% tab opstår på en solskinsdag, og på en overskyet dag går det op til 90%. Så den maksimale stråling, der når jordens overflade gennem atmosfæren, vil aldrig være højere end 80%.
Solstrøm er meget vigtigt at måle, da det er grundlaget for livet på jorden og bruges til at opbygge mange produkter, hvad enten det er relateret til elektronik, afgrøder, medicin, kosmetik osv. I denne vejledning lærer vi om solstråling og dens måling og vil også lære om de to mest populære måleenheder til solenergi - Pyrheliometer og Pyranometer.
Strålestråling og diffus stråling
Den stråling, som vi opfatter på overfladen, er både direkte og indirekte stråling fra solen. Den stråling, der kommer direkte fra solen, er direkte stråling, og det kaldes stråling. Den spredte og reflekterede stråling, der sendes til jordens overflade fra alle retninger (reflekteret fra molekyler, partikler, dyrekroppe osv.) Er indirekte stråling, og det kaldes diffus stråling. Og summen af begge, strålen og diffus stråling, defineres som global stråling eller total stråling.
Det er vigtigt at skelne mellem stråle og diffus stråling, fordi stråle stråling kan koncentreres, mens den diffuse stråling ikke kan. Der er mange solstrålingsmåleinstrumenter, der bruges til at måle strålestråling og diffus stråling.
Lad os nu se på spektret af elektromagnetisk stråling i nedenstående diagram.
I hele spektret betragter vi kun bølgelængder fra UV-stråler til IR-stråler for at beregne solstrømmen, fordi de fleste af de højfrekvente bølger fra solen ikke når overfladen, og lavfrekvent stråling efter IR er ikke pålidelig. Så solstråling eller flux måles normalt fra UV-stråler til IR-stråler, og instrumenterne er også designet sådan.
Solstrålingsmåleinstrumenter er af to typer:
- Pyrheliometer
- Pyranometer
Før du går i gang med at arbejde med disse instrumenter, skal du forstå et par koncepter, der bruges under design af enhederne. Så lad os nu se på disse begreber.
Sort kropsstråling
En sort krop absorberer normalt al stråling uden at udsende noget tilbage i atmosfæren og renere den sorte krop mere perfekt absorptionen. Faktum er, at der indtil nu ikke er nogen perfekt sort krop til stede, så vi normalt nøjes med det næstbedste. Efter at den sorte krop absorberer strålingen, bliver den opvarmet, da strålingen i sig selv er energi, og efter absorption bliver atomer i kroppen spændt. Denne sorte krop bruges som en kernekomponent i måleinstrumenter til solstråling. Modsat den sorte krop reflekterer en hvid krop al den stråling, der falder på den tilbage til atmosfæren, hvorfor vi vil føle os mere komfortable med hvide tøj om sommeren.
Termoelement
Termoelementet er en simpel enhed konstrueret ved hjælp af to ledere lavet af forskelligt materiale som vist i figuren.
Her er to ledninger forbundet til en sløjfe med to kryds, og disse kryds er betegnet som 'A' og 'B'. Nu bringes et lys nær kryds 'A', mens kryds 'B' er alene. Da lyset er til stede kryds ved 'A', stiger temperaturen betydeligt, mens kryds B forbliver koldt ved stuetemperatur. På grund af denne temperaturforskel vises en spænding (potentiel forskel) ved krydset i henhold til ' Seebeck-effekten'. Da kredsløbet er lukket, strømmer en strøm 'I' gennem kredsløbet som vist i figuren og for at måle denne strøm vil vi forbinde et amperemeter i serie. Det er vigtigt at huske, at størrelsen af strøm 'I' i sløjfen er direkte proportional med temperaturforskellenved krydset, så højere temperaturforskelle resulterer i en højere størrelsesorden af strømmen. Så ved at få læsning af amperemeter kan vi beregne temperaturforskellen ved krydset.
Lad os nu undersøge konstruktionen og arbejdet med måleinstrumenter til solstråling, når det grundlæggende er dækket.
Pyrheliometer Arbejde og konstruktion
Pyrheliometer er en enhed, der bruges til at måle direkte stråling ved normal forekomst. Dens ydre struktur ligner et langt rør, der projicerer billedet af et teleskop, og vi er nødt til at rette linsen mod solen for at måle udstrålingen. Her lærer vi funktionsprincippet for Pyrheliometer og dets konstruktion.
For at forstå den grundlæggende struktur af Pyrheliometeret, se på diagrammet vist nedenfor.
Her peges linsen mod solen, og strålingen passerer gennem linsen, røret og falder til sidst på den sorte genstand, der er til stede i bunden. Hvis vi nu tegner hele den interne struktur og kredsløb på en enklere måde, vil det se ud som nedenfor.
I kredsløbet kan det ses, at den sorte krop absorberer den stråling, der falder fra linsen, og som beskrevet tidligere absorberer en perfekt sort krop fuldstændigt enhver stråling, der falder på den, så strålingen, der falder ned i røret, absorberes helt af den sorte genstand. Når strålingen er absorberet, bliver atomer i kroppen ophidset på grund af den stigende temperatur i hele kroppen. Denne temperaturstigning opleves også af termoelementkryds 'A'. Nu med krydset 'A' af termoelementet ved høj temperatur og krydset 'B' ved lav temperatur finder en strømning sted i dets sløjfe som diskuteret i termoelementets funktionsprincip. Denne strøm i sløjfen vil også strømme gennem galvanometeret, der er i serie, og derved forårsage en afvigelse i det. Detteafvigelse er proportional med strømmen, hvilket igen er proportional med temperaturforskellen ved kryds.
Afvigelse ∝ Strøm i sløjfe ∝ Temperaturforskel ved kryds.
Nu vil vi forsøge at ophæve denne afvigelse i galvanometeret ved hjælp af kredsløbet. Den komplette proces til at annullere afvigelsen forklares trin for trin nedenfor.
- Luk først kontakten i kredsløbet for at starte den aktuelle strømning.
- Strømmen flyder som,
Batteri -> Kontakt -> Metalleder -> Ampeter -> Variabel modstand -> Batteri.
- Med denne strøm, der strømmer gennem metallederen, stiger temperaturen til en vis grad.
- Ved at være i kontakt med metalledningen stiger krydset 'B' temperatur også. Dette reducerer temperaturforskellen mellem krydset 'A' og krydset 'B'.
- På grund af reduktionen i temperaturforskellen falder strømmen i termoelementet også.
- Da afvigelsen er proportional med strømmen, falder også galvanometerets afvigelse.
- Sammenfattende kan vi sige - Afvigelsen i galvanometeret kan reduceres ved at justere reostaten for at ændre strømmen i metalledningen.
Bliv ved med at justere reostaten, indtil galvanometerafvigelsen bliver helt ugyldig. Når dette sker, kan vi opnå spændings- og strømaflæsninger fra målerne og foretage en simpel beregning for at bestemme varmen, der absorberes af den sorte krop. Denne beregnede værdi kan bruges til at bestemme strålingen, da varme genereret af den sorte krop er direkte proportional med strålingen. Denne strålingsværdi er ingen anden end direkte strålesolstråling, som det ønskes at måle fra starten. Og med dette kan vi afslutte arbejdet med Pyrheliometeret.
Pyranometer Arbejde og konstruktion
Pyranometer er en enhed, der kan bruges til at måle både stråle og diffus stråling. Med andre ord bruges den til at måle total halvkugleformet stråling (stråle plus diffus på en vandret overflade). Her vil vi lære om Pyranometer-arbejdsprincippet og dets konstruktion.
Enheden ligner en UFO-underkop, der er den bedste form, der passer til sit formål. Denne enhed er mere populær end de andre, og de fleste af solressourcens data måles i dag ved hjælp af den. Du kan se det originale billede og den indre struktur af Pyranometeret nedenfor.
</s> </s> </s> </s> </s> </s> </s> </s> </s> </s> </s> </s>
Her passerer strålingen fra den omgivende atmosfære gennem glaskuppelen og falder på det sorte legeme, der ligger i midten af instrumentet. Som før stiger kroppens temperatur efter at have absorberet al stråling, og denne stigning vil også opleves af termoelementkæden eller termoelementmodulet, der er til stede direkte under sortlegemet. Så den ene side af modulet bliver varm, og en anden vil være kold på grund af kølelegemet. Termoelementmodulet genererer en spænding, og det kan ses på udgangsterminalerne. Denne spænding modtaget ved udgangsterminalerne er direkte proportional med temperaturforskellen i henhold til princippet om et termoelement.
Da vi ved, at temperaturforskellen er relateret til stråling absorberet af den sorte krop, kan vi sige, at udgangsspændingen er lineær proportional med strålingen.
I lighed med den foregående beregning kan værdien af total stråling let opnås ud fra denne spændingsværdi. Også ved at bruge skyggen og følge den samme procedure kan vi også opnå den diffuse stråling. Med total stråling og diffus strålingsværdi kan strålestrålingsværdi også beregnes. Derfor kan vi beregne både diffus solstråling og total stråling ved hjælp af Pyranometer.