Солнечное излучение и его основные характеристики. Характеристика излучения солнцаХарактеристики солнечного излученияПлотность потока солнечного излучения, падающего на площадку, перпендикулярную этому потоку и расположенную над атмосферой на расстоянии 150 млн. км от Солнца, равна солнечной постоянной G0=1,353 кВт/м2. Это - так называемое солнечное космическое излучение. Солнечное излучение обусловлено ядерными реакциями в ядре Солнца, где температура достигает 10 млн.К. Внешние неактивные слои, нагретые до 5800°К, изменяют спектр, и к верхней границе атмосферы поступает излучение в диапазоне 0,3…2,5 микрон. Солнечный спектр состоит из трёх участков: (1) ультрафиолетовое излучение (с длиной волны до 0,4 микрон) – составляет 9% интенсивности, (2) видимое излучение (0,4…0,7 микрон) – 45% интенсивности и (3) инфракрасное излучение (более 0,7 микрон) – 46% интенсивности. Часть энергии солнечного излучения доходит до Земли в виде прямых солнечных лучей. Другая часть, достигая атмосферы, рассеивается облаками и пылью и доходит до поверхности Земли в виде рассеянного излучения. Первую часть потока в отличии от второй можно сфокусировать и в таком виде использовать в технических устройствах. Отношение интенсивности направленного потока к полной интенсивности излучения меняется от 0,9 в ясный день до нуля в пасмурный день. Максимальная плотность направленного солнечного излучения на 1 м2 поверхности Земли – около 1 кВт/м2 в диапазоне волн 0,3…2,5 микрон. Это – коротковолновое излучение и оно включает видимый спектр. В зависимости от времени суток, места, погоды плотность излучения меняется в десятки раз. Эта тепловая энергия может быть использована с помощью технических устройств. Плотность потока энергии излучения, связывающая атмосферу с поверхностью земли также около 1 кВт/м2 , но уже в диапазоне длинных волн 5…25 микрон. Полная энергия солнечного излучения, которая приходится на единицу поверхности за день, представляет собой суточную облучённость. Величина суточной облучённости (Н) зависит от широты местности и времени года. В высоких широтах сезонные изменения особенно велики из-за меняющейся продолжительности дня, меняющейся ориентации приёмной площадки (горизонтальной плоскости), изменяющегося поглощения в атмосфере. Сезонные изменения суточной облучённости горизонтальной приёмной площадки в ясный день на разных широтах – представлены на графике, рис.2.1.1. Летом она составляет 25…26 МДж/м в день или 7 кВт·ч/м2 в день во всех широтах, зимой – в высоких широтах она намного меньше из-за более короткого дня, косого падения лучей и большего ослабления атмосферой. Расстояние, пройденное прямыми солнечными лучами через атмосферу, зависит от угла падения (зенитного угла) и высоты над уровнем моря. При этом важно не только само расстояние, а взаимодействие излучения с атмосферными газами и парами. Увеличение длины пути при наклонном падении луча по сравнению с путём при нормальном падении называют оптической массой. Облученность горизонтальной площадки в течение суток летом и зимой характеризуется рис.2.1.2. Прохождение солнечного коротковолнового излучения через атмосферу сопровождается: (1) поглощением, т.е. переходом энергии излучения в тепло, с последующим излучением света большей длины волны, (2) рассеянием, т.е. изменением направления распространения света в зависимости от длины волны, (3) отражением, которое не зависит от длины волны. Прохождение в атмосфере различно для разных участков спектра солнечного и атмосферного излучения. Оно приводит к повышению температуры. Коротковолновая ультрафиолетовая область (до 0,3 микрон) почти полностью отсутствует на уровне моря, так как поглощается кислородом О2, О3, О и азотом N2. Коротковолновая ультрафиолетовая область (0,3…0,4 микрон)- частично проходит. Видимый диапазон (0,4…0,5 микрон) почти полностью проходит через чистую (не загрязнённую) атмосферу. Это почти половина потока солнечного излучения. Ближняя инфракрасная область (0,7…2,5 микрон) – почти половина солнечного космического излучения – в значительной степени (на 20%) поглощается в атмосфере в основном парами воды и углекислого газа СО2. Инфракрасный диапазон (более 12 микрон) – для него атмосфера почти непрозрачна.
Рис.2.1.1. Суточная облученность в зависимости от широты местности и времени года.
Рис.2.1.2. Облученность горизонтальной площадки на широте 54 градуса в течение суток
Отражённое коротковолновое излучение возвращается в космическое пространство. Это 30% солнечного космического излучения. Большую часть отражают облака, меньшую снег и лёд на поверхности земли. Плотность оставшегося потока коротковолнового излучения и составляет около 1 кВт/м2. Измерения солнечной энергии необходимы для расчётов эффективного использования солнечных установок. Для измерения используются пиргелиометры, солариметр и другие приборы. Эталонный пиргелиометр– служит для измерения направленного излучения путём сравнения с нагревом поверхности электрическим током; солариметри солнечные элементы – для измерения суммарного излучения; актинометр – для измерения прямого излучения. Для определения количества солнечных часов применяются самописцы. Обычные визуальные наблюдения невооружённым глазом и фотографирование со спутников позволяют оценить облачность. Собирающий приёмник должен быть расположен прямо по направлению потока солнечного излучения. Оптимальное расположение фиксированного плоского приёмника определяется из условия получения максимума суммарной (интегральной) облучённости за день, месяц, год: где облучённость прямыми солнечными лучами площадки, перпендикулярной прямым лучам, кВт/м2, - угол между направлением потока излучения и нормалью к поверхности приёмника, облучённость рассеянным облучением, кВт/м2. Иногда приёмник располагают по направлению к экватору, иногда- ориентируют в зависимости от того, когда нужно получить больший поток энергии– утром или днём. Ориентировочные суточные изменения облучённости горизонтальной поверхности в ясные дни в различные времена года для Беларуси (54 градуса северной широты) представлены на графике, рис.2.1.2. Максимальная облученность горизонтальной поверхности или плотность направленного солнечного излучения летом составляет 0,8 кВт/м2, зимой – 0,2 кВт/м2 . В тропиках максимальная облученность около 0.9 кВт/м2 круглый год. Величина суточной облучённости может быть определена как , где Gм- максимальная облучённость площадки прямыми солнечными лучами, кВт/м2; где: φ– широта места, - склонение, или угол между направлением от Солнца и экваториальной плоскостью; В северном полушарии 21 июня =23,5°, 21 декабря = -23,5°. Наибольшее число солнечных часов в году в восточной Сахаре– 4300 (97% возможных), в Беларуси- 2000…2300 (50% возможных). Доля приходящего солнечного излучения, которое может быть сфокусировано на приёмнике зависит от облачности и запылённости атмосферы и от угла наклона приёмника. Индекс ясности Кт – это отношение лучистой энергии, пришедшей на горизонтальную поверхность за день к энергии пришедшей на параллельную ей поверхность, расположенную вне атмосферы. Для самого ясного дня Кт»0,8. Для таких дней доля рассеянной составляющей излучения равна 0,2; она увеличивается до 1 в пасмурные дни, когда Кт=0. В солнечные дни при небольшой облачности и при значительном количестве аэрозолей в атмосфере рассеянная составляющая равна 0,5. Фокусирующие системы плохо работают в условиях сильной облачности. Однако, системы, следящие за солнцем, могут собирать большую часть потока, идущую по нормали к поверхности. Максимум облучённости приёмника зависит от широты расположения, угла наклона приёмника и времени года. Так для местности, расположенной на 45° северной широты при Кт»0,5 , коэффициенте отражения земли 0,2 средняя облучённость вертикальной поверхности мало изменяется от времени года и составляет 8…12МДж/ м или 2,2…3,3 кВт·ч/м в день. Средняя облучённость горизонтальной поверхности для этой широты изменяется в более широких пределах от 5 МДж/ м в декабре до 20 МДж/ м в день в июне. Этого может быть достаточно для создания солнечных электростанций. (45°северной широты – это Крым, Север Италии, Центральная Франция). Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: zdamsam.ru описание, особенности и интересные фактыСолнце играет важную роль для нас на Земле. Оно обеспечивает планету и все, что на ней находится важными факторами, такими как свет и тепло. Но что такое солнечное излучение, спектр солнечного света, как все это влияет на нас и на глобальный климат в целом?  Что такое солнечная радиация?Плохие мысли обычно приходят на ум, когда вы думаете о слове "радиация". Но солнечная радиация на самом деле очень хорошая вещь - это солнечный свет! Каждое живое существо на Земле зависит от него. Он необходим для выживания, согревает планету, обеспечивает питание для растений. Солнечное излучение - это весь свет и энергия, которые исходят от солнца, и есть много различных его форм. В электромагнитном спектре различают различные типы световых волн, излучаемых солнцем. Они похожи на волны, которые вы видите в океане: они перемещаются вверх и вниз и из одного места в другое. Спектр солнечного изучения может иметь разную интенсивность. Различают ультрафиолетовое, видимое и инфракрасное излучение.  Свет - движущаяся энергияСпектр солнечного излучения образно напоминает клавиатуру пианино. Один ее конец имеет низкие ноты, в то время как другой - высокие. То же самое относится и к электромагнитному спектру. Один конец имеет низкие частоты, а другой - высокие. Низкочастотные волны являются длинными в течение заданного периода времени. Это такие вещи, как радар, телевизор и радиоволны. Высокочастотные излучения - это высокоэнергетические волны с короткой длиной. Это означает, что длина самой волны очень коротка для данного периода времени. Это, например, гамма-лучи, рентгеновские и ультрафиолетовые лучи. Вы можете думать об этом так: низкочастотные волны похожи на подъем на холм с постепенным поднятием, в то время как высокочастотные волны похожи на быстрый подъем на крутой, почти вертикальный холм. При этом высота каждого холма одинакова. Частота электромагнитной волны определяет, сколько энергии она несет. Электромагнитные волны, которые имеют большую длину и, следовательно, более низкие частоты, несут гораздо меньше энергии, чем с более короткими длинами и более высокими частотами. Вот почему рентгеновские лучи и ультрафиолетовое излучение могут быть опасными. Они несут так много энергии, что, если попадают в ваше тело, могут повредить клетки и вызвать проблемы, такие как рак и изменение в ДНК. Такие вещи, как радио и инфракрасные волны, которые несут гораздо меньше энергии, на самом деле не оказывают на нас никакого влияния. Это хорошо, потому что вы, конечно, не хотите подвергать себя риску, просто включив стерео. Видимый свет, который мы и другие животные можем видеть нашими глазами, расположен почти в середине спектра. Мы не видим никаких других волн, но это не значит, что их там нет. На самом деле, насекомые видят ультрафиолетовый свет, но не наш видимый. Цветы выглядят для них совсем по-другому, чем для нас, и это помогает им знать, какие растения посетить и от каких из них держаться подальше.  Источник всей энергииМы принимаем солнечный свет как должное, но так не обязано быть, потому что, по сути, вся энергия на Земле зависит от этой большой, яркой звезды в центре нашей Солнечной системы. И пока мы находимся в ней, мы должны также сказать спасибо нашей атмосфере, потому что она поглощает часть излучения, прежде чем оно достигнет нас. Это важный баланс: слишком много солнечного света, и на Земле становится жарко, слишком мало - и она начинает замерзать. Проходя через атмосферу, спектр солнечного излучения у поверхности Земли дает энергию в разных формах. Для начала рассмотрим различные способы ее передачи:
 Основные спектры солнечного излученияСолнце обладает разным излучением: от рентгеновских лучей до радиоволн. Солнечная энергия - это свет и тепло. Его состав:
Мы получаем солнечной энергии при интенсивности 1 киловатт на квадратный метр на уровне моря в течение многих часов в день. Около половины излучения находится в видимой коротковолновой части электромагнитного спектра. Другая половина - в ближней инфракрасной, и немного в ультрафиолетовом отделе спектра. Ультрафиолетовое излучениеИменно ультрафиолетовое излучение в солнечном спектре имеет интенсивность большую, чем другие: до 300-400 нм. Часть этого излучения, которое не поглощается атмосферой, производит загар или солнечный ожог для людей, которые были в солнечном свете в течение длительных периодов времени. Ультрафиолетовое излучение в солнечном свете имеет как положительные, так и отрицательные последствия для здоровья. Он является основным источником витамина D. Видимое излучениеВидимое излучение в солнечном спектре имеет интенсивность среднего уровня. Количественные оценки потока и вариации его спектрального распределения в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах электромагнитного спектра представляют большой интерес при изучении солнечно-наземных воздействий. Диапазон от 380 до 780 нм виден невооруженным взглядом. Причина в том, что основная часть энергии солнечной радиации сосредоточена в этом диапазоне и она определяет тепловое равновесие атмосферы Земли. Солнечный свет является ключевым фактором в процессе фотосинтеза, используемого растениями и другими автотрофными организмами для преобразования световой энергии в химическую, которая может быть использована в качестве топлива для организма. Инфракрасное излучениеИнфракрасный спектр, который охватывает от 700 нм до 1 000 000 нм (1мм), содержит важную часть электромагнитного излучения, которое достигает Земли. Инфракрасное излучение в солнечном спектре имеет интенсивность трех видов. Ученые делят этот диапазон на 3 типа на основе длины волны:
 ЗаключениеМногие животные (включая человека) имеют чувствительность в диапазоне от приблизительно 400-700 нм, и полезный спектр цветового зрения у человека, например, составляет примерно 450-650 нм. Помимо эффектов, которые возникают на закате и восходе солнца, спектральный состав изменяется, в первую очередь, по отношению к тому, как непосредственно солнечный свет попадает на землю.  Каждые две недели Солнце снабжает нашу планету таким количеством энергии, что ее хватает всем жителям на целый год. В связи с этим все чаще солнечное излучение рассматривают, как альтернативный источник энергии. fb.ru Вопрос 1 Общая характеристика солнечной радиации«Обзор физических и химических свойств жизни должен начинаться не с Земли, а с Солнца, точнее с самого его центра. Именно здесь находится источник энергии, которую Солнце непрерывно излучает в пространство в виде света и тепла». А.Л. Чижевский «Куда не заглядывает Солнце, туда часто заглядывает врач». Народная мудрость. Солнце - слабопеременная холодная желтая звезда, в строении которой выделяют ядро, промежуточную и конвективную области, которые находятся за пределами наблюдения, фотосферу, хромосферу и корону. Это вращающийся шар раскаленного газа. Большую часть (60%) массы Солнца составляют ядра водорода, протоны, которые вступают между собой в протон-протонную реакцию с образованием более крупных ядер гелия и выделением больших количеств энергии. Таким образом, Солнце представляет собой колоссальной мощности ядерный реактор, расположенный на сравнительно безопасном расстоянии от Земли. Некоторые характеристики Солнца: Диаметр - 1391 тыс. км, в 109 раз превышает диаметр Земли. Температура в глубине - 15 000 000 - 25 000 000°К. Давление - до 200 000 000 атм. Масса - 1,99×1030 кг, что соответствует 333 343 массам Земли. Расстояние от Земли - 149,6 млн км, т.е. 107 диаметров Солнца. Скорость распространения электромагнитного излучения в космическом пространстве - 300 000 км/с. Фотосфера - наиболее доступная для наблюдения нижняя светящаяся часть атмосферы Солнца. Толщина ее равна 100-300 км, температура — 6000°К. Ослепительно яркая оболочка Солнца, наблюдаемая в форме солнечного диска. Из нее выходит почти все солнечное излучение. Фотосфера - верхний слой бурлящей конвективной зоны. Крутые элементы конвекции поднимаются к поверхности в виде очагов грануляции и супергрануляции. Хромосфера - видимая при солнечных затмениях в виде узкого розового кольца, окаймляющего диск. Она простирается до 14 тыс. км над видимым краем солнечного диска. Плотность хромосферы низкая, а температура нижних слоев равна 5000°К. В ней берут начало яркие струи светящегося газа высотой до 10 тыс. км. Это так называемые спикулы. Солнечная корона - представляет собой наиболее разреженный слой, имеющий лучистое строение и простирающийся в космическом пространстве на десятки солнечных радиусов. Тепловая энергия частиц короны составляет 106°К. Разреженные внешние слои атмосферы Солнца распространяются на сотни миллионов километров в космическое пространство. Солнечный ветер - разного рода излучения плазмы корпускулярной (электроны, протоны, ядра гелия и пр.) и электромагнитной волновой природы (инфракрасного, видимого, ультрафиолетового, рентгеновского, гамма-излучения). Типичные свойства спокойного солнечного ветра: Концентрация протонов, см3 – 8. Скорость солнечного ветра, км/с – 320. Поток протонов, на см2/с - 2,4×108. Поток кинетической энергии, Вт/м2 - 2,2×10-4. Температура протонов, °К - 4×104. Температура электронов, °К - 105. Напряженность магнитного поля, А/м – 5. Плотность энергии потока солнечного ветра, усл. ед. – 1. Плотность тепловой энергии протонов, усл. ед. - 1/120. Плотность тепловой энергии электронов, усл. ед. - 1/50. Плотность магнитной энергии, усл. ед. - 1/70. Электромагнитный спектр Солнца по длине волны в нм: Диапазон радиочастот - > 100 000. Далекая инфракрасная область - 100000–10000. Ближняя инфракрасная область - 10000–760. Видимая, или оптическая, область - 760–400. Ультрафиолетовая область - 400-120. Крайняя ультрафиолетовая область - 120–10. Мягкое рентгеновское излучение - 10–0,1. Жесткое рентгеновское излучение - < 0,1. Тепловой баланс поверхности Земли (% от количества солнечного излучения, приходящегося на внешнюю границу земной атмосферы): Поглощенное излучение – 46. Эффективное излучение – 15. Радиационный баланс – 31. Затраты теплоты на испарение – 26. Турбулентный поток тепла – 5. Основные формы взаимодействия солнечного излучения с атмосферой Земли:
Зависимость интенсивности ультрафиолетового солнечного излучения в различных участках спектра от высоты стояния Солнца над горизонтом:
Виды солнечной территории: Солнечное лето и солнечная зима - число дней без Солнца составляет менее 60 за год, менее одного дня в течение июля, менее 10 дней за январь. Солнечное лето и умеренно облачная зима - число дней без Солнца соответственно 60-100, менее одного, 10-20. Умеренно облачное лето и облачная зима - соответственно число дней без Солнца более 100 за год, менее или равно 1 дню в июле, более 20 дней в январе. studfiles.net Солнечное излучение и его основные характеристики. — МегаЛекцииВопрос Электрический диполь— система двух равных по модулю разноименных точечных зарядов ( Солнечное излучение и его основные характеристики. Освещенность (усредненная мощность солнечного излучения, измеренная в верхней атмосфере Земли перпендикулярно солнечным лучам): 1366 Вт на квадратный метр (или 1361, в соответствии с НАСА). «Стандартное солнце» (пиковая мощность излучения, которая достигает поверхности Земли на уровне моря в районе экватора в безоблачный полдень): 1000 Вт/м2, или 1 кВт/м2. Это значение обычно используется в характеристиках фотоэлектрических систем. Здесь и далее все цифры приведены для поверхностей, оптимально расположенных относительно солнца (перпендикулярно лучам) в соответствии с широтой. Для горизонтальных поверхностей вы получите меньше солнечного света: чем дальше от экватора, тем ниже плотность солнечной энергии. Инсоляция (среднее количество часов «стандартного солнца» на протяжении суток): от 4–5 солнечных часов на северо-востоке США до 5–7 часов на юго-западе. Инсоляция часто указывается в кВт·ч, численно вытекая из значения «стандартного солнца» в 1 кВт. Общее количество излучаемой энергии солнечного света в день на м2 на уровне моря: (энергия за день) = 1 кВт·ч × (инсоляция в часах). Учитывая среднюю инсоляцию в США, равную 5 солнечным часам, это значение обычно равно 5 кВт·ч/м2. Солнечная мощность, усредненная за весь день: Wattsaverag = (энергия за день)/24. Для инсоляции в 5 кВт·ч мощность, усредненная за весь день – 5000 Вт/24 = 208 Вт/м2. Обратите внимание, что только небольшая часть этой энергии может быть преобразована в электричество из-за не очень высокой эффективности фотоэлектрических систем. 7. Поглощение электромагнитного излучения веществом. Излучение и поглощение электромагнитных волн веществомСуществует два вида излучения:1 – тепловое, возникающее вследствие теплового возбуждения атомов или молекул и испускаемое всеми телами при высоких температурах, выше абсолютного нуля;2 – люминесцентное, возникающее вследствие возбуждения электронов или молекул либо при облучении светом (фотолюминесценция), либо под воздействием электрического поля (электролюминесценция), либо в результате химических реакций (хемолюминесценция). Рассмотрим процессы излучения и поглощения электромагнитных волн веществом. Согласно законам квантовой механики, энергия электрона, связанного в атоме, а следовательно, и энергия атома в целом, не произвольна. Она может иметь лишь определенный дискретный ряд значений E0,E1, …, En..., называемый уровнями энергии. Этот набор разрешенных значений энергии представляет энергетический спектр атома. Самый нижний уровень энергии E 0 (рис. 2.1), при котором энергия атома – наименьшая, является основным уровнем. Остальные уровни E 1, E 2, …, E n..., соответствуют более высокой энергии атома и называются возбужденными. При переходе атомного электрона с одного уровня энергиинадругой атом может излучать или поглощать электромагнитные волны, частоты которых определяются соотношением:
где h – постоянная h= 6,6262 .10-34 Дж.с; E m – конечный уровень, E n – начальный уровень. Чем больше разность энергий состояний, между которыми происходит переход, тем больше частота электромагнитной волны, испускаемой или поглощаемой при таком квантовом переходе. Разность энергии между уровнями внешних, валентных электронов атома соответствует энергии излучения видимого света; разность энергий между уровнями внутренних электронов больше, она соответствует рентгеновскому излучению. Спектр поглощения или излучения вещества, т. е. набор частот электромагнитных волн, излучаемых или поглощаемых его атомами, тесно связан с энергетическим спектром атомов. Именно дискретностью энергетического спектра объясняется линейчатый характер спектров поглощения или излучения электромагнитных волн атомами. Излучение и поглощение электромагнитной энергии атомом происходит отдельными порциями энергии — квантами, или фотонами, величина которых равна hv. При поглощении фотона hvпт энергия атома увеличивается — он переходит «вверх» — с нижнего уровня E п на верхний уровень E т (E т > E п) при излучении фотона атом совершает обратный переход вниз (рис. 2.1). Формула (2.1) выражает закон сохранения энергии при элементарных актах излучения или поглощения фотонов атомами: энергия излученного или поглощенного фотона в точности равна разности энергии между уровнями атома. Дискретность энергетического спектра свойственна не только атомам. Она присуща вообще любой системе взаимодействующих друг с другом микрочастиц — молекуле, иону, твердому телу. Молекула имеет гораздо большее число уровней энергии, чем атом, что отражает сложность ее строения. Одни из них также связаны с движением электронов. Разности энергий
Так как изменения E эл сопровождаются изменением E кол и E вр, то образуются элекронно – колебательно – вращательные спектры, лежащие в видимой и ультрафиолетовой областях ( в соответствии с В твердом теле электронный и колебательный спектры гораздо богаче, чем у изолированных атомов или молекул. Это обусловлено огромным числом атомов и молекул, объединенных в кристаллической решетке, и их взаимным влиянием. Поскольку внутренняя энергия атомов и молекул может принимать лишь дискретный ряд значений, то энергия электромагнитного поля в веществе также изменяется скачками, квантами. Рассмотрим, каким образом происходит обмен энергией между веществом и электромагнитным излучением. При этом для описания электромагнитного излучения будем пользоваться как волновыми, так и квантовыми (фотонными) представлениями. Например, энергия электромагнитного излучения длины волны l, пропорциональная его интенсивности, определяется в волновой трактовке квадратом амплитуды волны Е2 (Е— напряженность электрического поля волны), а при квантовом рассмотрении — числом фотонов п. 8. Теоретическая модель абсолютно черного тела. Абсолютно чёрных тел в природе не существует (кроме чёрных дыр), поэтому в физике для экспериментов используется модель. Она представляет собой замкнутую полость с небольшим отверстием. Свет, попадающий внутрь сквозь это отверстие, после многократных отражений будет полностью поглощён, и отверстие снаружи будет выглядеть совершенно чёрным. Но при нагревании этой полости у неё появится собственное видимое излучение. Поскольку излучение, испущенное внутренними стенками полости, прежде, чем выйдет (ведь отверстие очень мало), в подавляющей доле случаев претерпит огромное количество новых поглощений и излучений, то можно с уверенностью сказать, что излучение внутри полости находится в термодинамическом равновесии со стенками. (На самом деле, отверстие для этой модели вообще не важно, оно нужно только чтобы подчеркнуть принципиальную наблюдаемость излучения, находящегося внутри; отверстие можно, например, совсем закрыть, и быстро приоткрыть только тогда, когда равновесие уже установилось и проводится измерение). 9. Закон Планка. Формула Планка для частот и длин волн. Интенсивность излучения абсолютно чёрного тела в зависимости от температуры и частоты определяется законом Планка:
где Эквивалентно,
где Полная (т.е. испускаемая во всех направлениях) спектральная мощность излучения с единицы поверхности абсолютно чёрного тела описывается этими же формулами с точностью до коэффициента π: ε(ν, T) = πI(ν, T), ε(λ, T) = πu(λ, T) 10. Законы Рэлея-Джинса и Вина как предельные случаи закона Планка. Формула Планка точно согласуется с экспериментальными данными во всём интервале частот от 0 до
Для перехода к закону Вина, необходимо продифференцировать выражение (5) по
Значение
Решение такого уравнения даёт x=4.965. Следовательно
Численная подстановка констант даёт значение для b=0,0028999 К·м, совпадающее с экспериментом, а также удобную приближенную формулу Закон Кирхгофа Закон излучения Кирхгофа — физический закон, установленный немецким физиком Кирхгофом в 1859 году. В современной формулировке закон звучит следующим образом: Отношение излучательной способности любого тела к его поглощательной способности одинаково для всех тел при данной температуре для данной частоты и не зависит от их формы и химической природы. Известно, что при падении электромагнитного излучения на некоторое тело часть его отражается, часть поглощается и часть может пропускаться. Доля поглощаемого излучения на данной частоте называется поглощательной способностью тела Величины
По определению, абсолютно чёрное тело поглощает всё падающее на него излучение, то есть для него Реальные тела имеют поглощательную способность меньше единицы, а значит, и меньшую чем у абсолютно чёрного тела излучательную способность. Тела, поглощательная способность которых не зависит от частоты, называются серыми. Их спектр имеет такой же вид, как и у абсолютно чёрного тела. В общем же случае поглощательная способность тел зависит от частоты и температуры, и их спектр может существенно отличаться от спектра абсолютно чёрного тела. Изучение излучательной способности разных поверхностей впервые было проведено шотландским ученым Лесли при помощи его же изобретения — куба Лесли.
http://www.miigaik.ru/f.miigaik.ru/metodicheskaja_l/20111114194553-5730.pdf
megalektsii.ru Излучение СолнцаСолнце излучает свою энергию во всех длинах волн, но по-разному (см. рис.1). Приблизительно 44% энергии излучения приходится на видимую часть спектра, а максимум соответствует желто-зеленому цвету (хорошо видно на рис.2). Около 48% энергии, теряемой Солнцем, уносят инфракрасные лучи ближнего и дальнего диапазона. На гамма-лучи, рентгеновское, ультрафиолетовое и радио излучение приходится лишь около 8%. Видимая часть солнечного излучения при изучении с помощью спектроанализирующих приборов оказывается неоднородной – в спектре наблюдаются линии поглощения, впервые описанные Й.Фраунгофером в 1814 году. Эти линии возникают при поглощении фотонов определенных длин волн атомами различных химических элементах в верхних, относительно холодных, слоях атмосферы Солнца. Спектральный анализ позволяет получить информацию о составе Солнца, поскольку определенный набор спектральных линий исключительно точно характеризует химический элемент. Так, например, с помощью наблюдений спектра Солнца было предсказано открытие гелия, который на Земле был выделен позже. В ходе наблюдений ученые выяснили, что Солнце – мощный источник радиоизлучения. В межпланетное пространство проникают радиоволны, которые излучает хромосфера (сантиметровые волны) и корона (дециметровые и метровые волны). Радиоизлучение Солнца имеет две составляющие – постоянную и переменную (всплески, «шумовые бури»). Во время сильных солнечных вспышек радиоизлучение Солнца возрастает в тысячи и даже миллионы раз по сравнению с радиоизлучением спокойного Солнца. Это радиоизлучение имеет нетепловую природу. Рентгеновские лучи исходят в основном от верхних слоев хромосферы и короны. Особенно сильным излучение бывает в годы максимума солнечной активности. Солнце излучает не только свет, тепло и все другие виды электромагнитного излучения. Оно также является источником постоянного потока частиц – корпускул. Нейтрино, электроны, протоны, альфа-частицы, а также более тяжелые атомные ядра все вместе составляют корпускулярное излучение Солнца. Значительная часть этого излучения представляет собой более или менее непрерывное истечение плазмы – солнечный ветер, являющийся продолжением внешних слоев солнечной атмосферы – солнечной короны. На фоне этого постоянно дующего плазменного ветра отдельные области на Солнце являются источниками более направленных, усиленных, так называемых корпускулярных потоков. Скорее всего они связаны с особыми областями солнечной короны – коронарными дырами, а также, возможно, с долгоживущими активными областями на Солнце. Наконец, с солнечными вспышками связанны наиболее мощные кратковременные потоки частиц, главным образом электронов и протонов. В результате наиболее мощных вспышек частицы могут приобретать скорости, составляющие заметную долю скорости света. Частицы с такими большими энергиями называются солнечными космическими лучами. Солнечное корпускулярное излучение оказывает сильное влияние на Землю, и прежде всего на верхние слои ее атмосферы и магнитное поле, вызывая множество геофизических явлений. От вредного влияния излучения Солнца нас защищает магнитосфера и атмосфера Земли. www.examen.ru Излучения Солнца
Коротковолновое излучение Солнца
Ультрафиолетовое и рентгеновское излучения исходят исходят в основном от верхних слоев хромосферы и короны. Это установили, запуская ракеты с приборами во время солнечных затмений. Очень горячая солнечная атмосфера всегда испускает невидимое коротковолновое излучение, но особенно мощным оно бывает в годы максимума солнечной активности. В это время ультрафиолетовое излучение возрастает примерно в два раза, а рентгеновское – в десятки и сотни раз по сравнению с излучением в годы минимума. Интенсивность коротковолнового излучения изменяется изо дня в день, резко возрастая, когда на Солнце происходят вспышки.
Ультрафиолетовое и рентгеновское излучения частично ионизуют слои земной атмосферы, образуя на высотах 200 – 500 км от поверхности Земли ионосферу. Ионосфера играет важную роль в осуществлении дальней радиосвязи: радиоволны, идущие от радиопередатчика, прежде чем достичь антенны приемника, многократно отражаются от ионосферы и поверхности Земли. Состояние ионосферы меняется в зависимости от условий освещения ее Солнцем и от происходящих на нем явлений. Поэтому для обеспечения устойчивой радиосвязи приходится учитывать время суток, время года и состояние солнечной активности. После наиболее мощных вспышек на Солнце число ионизованных атомов в ионосфере возрастает и радиоволны частично или полностью поглощаются ею. Это приводит к ухудшению и даже к временному прекращению радиосвязи.
Особое влияние ученые уделяют исследованию озонового слоя в земной атмосфере. Озон образуется в результате фотохимических реакций (поглощение света молекулами кислорода) в стратосфере, и там сосредоточена его основная масса.
Радиоизлучение Солнца
Систематическое исследование радиоизлучения Солнца началось только после второй мировой войны, когда обнаружилось, что Солнце – мощный источник радиоизлучения. В межпланетное пространство проникают радиоволны, которые излучают хромосфера (сантиметровые волны) и корона (дециметровые и метровые волны). Это радиоизлучение и достигает Земли. Радиоизлучение Солнца имеет две составляющие – постоянную, почти не меняющуюся по интенсивности, и переменную (всплески, “шумовые бури”).
Радиоизлучение спокойного Солнца объясняется тем, что горячая солнечная плазма всегда излучает радиоволны наряду с электромагнитными колебаниями других длин волн (тепловое радиоизлучение). Во время больших вспышек радиоизлучение Солнца возрастает в тысячи и даже в миллионы раз по сравнению с радиоизлучением спокойного Солнца. Это радиоизлучение, порожденное быстропротекающими нестационарными процессами, имеет нетепловую природу.
Корпускулярное излучение Солнца
Ряд геофизических явлений (магнитные бури, т.е. кратковременные изменения магнитного поля Земли, полярные сияния и др.) тоже связан с солнечной активностью. Но эти явления происходят через сутки после вспышек на Солнце. Вызываются они не электромагнитным излучением, доходящим до Земли через 8,3 мин, а корпускулами (протонами и электронами, образующими разреженную плазму), которые с опозданием (на 1-2 сут) проникают в околоземное пространство, поскольку движутся со скоростями 400 – 1000 км/c.
Корпускулы испускаются Солнцем и тогда, когда на нем нет вспышек и пятен. Солнечная корона – источник постоянного истечения плазмы (солнечного ветра), которое происходит во всех направлениях. Солнечный ветер, создаваемый непрерывно расширяющейся короной, охватывает движущиеся вблизи Солнца планеты и кометы. Вспышки сопровождаются “порывами” солнечного ветра. Эксперименты на межпланетных станциях и искусственных спутниках Земли позволили непосредственно обнаружить солнечный ветер в межпланетном пространстве. Во время вспышек и при спокойном истечении солнечного ветра в межпланетное пространство проникают не только корпускулы, но и связанное с движущейся плазмой магнитное поле. space-my.ru
infopedia.su | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||
|
|
||||||||||||||||||
|
), расстояние 
между которыми значительно меньше расстояния до рассматриваемых точек поля.Плечо диполя — вектор 
, направленный по оси диполя (прямой, проходящей через оба заряда) от отрицательного заряда к положительному и равный расстоянию между зарядами.Электрический момент диполя (дипольный момент):
.Напряженность поля диполя в произвольной точке (согласно принципу суперпозиции):
где 
и 
— напряженности полей, создаваемых соответственно положительным и отрицательным зарядами.Напряженность поля диполя на продолжении оси диполя в точке А:
.Напряженность поля диполя на перпендикуляре, восставленном к оси из его середины в точке B:
.
, (2.1)
планка,
между этими уровнями, как и в атоме, велики, они соответствуют видимому и ультрафиолетовому свету и рентгеновскому излучению. Другие уровни молекулы обусловлены колебаниями составляющих ее атомов около положений равновесия. Разности энергий 
между этими уровнями меньше, они соответствуют инфракрасному излучению. И, наконец, есть уровни, связанные с вращением молекулы как целого. Разности энергий 
между вращательными уровнями еще меньше, они соответствуют радиоволнам. Таким образом, частота квантового перехода для молекулы определиться:
. 
) и состоящие из колебательных полос (различные 
), распадающихся на отдельные вращательные линии, соответствующие 
Eвр. При 
получаются колебательно-вращательные спектры, лежащие в инфракрасной области и так же состоящие из полос с вращательной структурой. При 
получаются чисто вращательные спектры, лежащие в инфракрасной области и СВЧ диапазоне.
— мощность излучения на единицу площади излучающей поверхности в единичном интервале частот в перпендикулярном направлении на единицу телесного угла. Размерность в СИ: Дж·с−1·м−2·Гц−1·ср−1.
— мощность излучения на единицу площади излучающей поверхности в единичном интервале длин волн в перпендикулярном направлении на единицу телесного угла (размерность в СИ: Дж·с−1·м−2·м−1·ср−1).
. При малых частотах (больших длинах волн), когда 
можно разложить экспоненту по 
. В результате получим, что 
, тогда (1) и (2) переходят в формулу Рэлея—Джинса.
и
и приравнять нулю (поиск экстремума):
.
, при котором функция достигает максимума, обращает в нуль выражение, стоящее в фигурных скобках. Обозначим 
, получится уравнение:
.
, отсюда немедленно получается:
.
мкм·К. Так, солнечная поверхность имеет максимум интенсивности в зеленой области (0,5 мкм), что соответствует температуре около 6000 К.
. С другой стороны, каждое нагретое тело излучает энергию по некоторому закону 
, именуемымизлучательной способностью тела.
. Поэтому функция 
совпадает с излучательной способностью абсолютно чёрного тела, описываемой законом Стефана — Больцмана, вследствие чего излучательная способность любого тела может быть найдена исходя лишь из его поглощательной способности.
Всего в земной атмосфере примерно 3•109 т озона. Это очень мало: толщина слоя чистого озона у поверхности Земли не превысила бы и 3 мм! Но роль озонового слоя, простирающегося на высоте нескольких десятков километров над поверхностью Земли, исключительно велика, потому что он защищает все живое от воздействия опасного коротковолнового (и прежде всего ультрафиолетового) излучения Солнца. Содержание озона непостоянно на разных широтах и в разные времена года. Оно может уменьшаться (иногда очень значительно) в результате различных процессов. Этому могут способствовать, например, выбросы в атмосферу большого количества разрушающих озон хлорсодержащих веществ промышленного происхождения или аэрозольные выбросы, а также выбросы, сопровождающие извержения вулканов. Области резкого снижения уровня озона (“озоновые дыры”) обнаруживались над разными регионами нашей планеты, причем не только над Антарктидой и рядом других территорий Южного полушария Земли, но и над Северным. В 1992 г. стали появляться тревожные сообщения о временном истощении озонового слоя над севером европейской части России и уменьшении содержания озона над Москвой и Санкт-Петербургом. Ученые, осознавая глобальный характер проблемы, организуют в масштабах всей планеты экологические исследования, включающие прежде всего глобальную систему непрерывного наблюдения за состоянием озонового слоя. Разработаны и подписаны международные соглашения по охране озонового слоя и ограничению производства озоноразрушающих веществ.
