IНСТРУМЕНТАЛЬНИЙ I РОЗРАХУНКОВИЙ МЕТОДИ ВИЗНАЧЕННЯ IНТЕНСИВНОСТI ПРЯМОЇ , СУМАРНОЇ , РОЗСIЯНОЇ ТА ВІДБИТОЇ СОНЯЧНОЇ РАДIАЦIЇ.
М е т а р о б о т и - вивчити будову, принципи дiї i застосування термоелектричних актинометричних приладів Савiнова-Янишевського; визначити потоки сонячної радiацiї iнструментальним методом.
Сонячна радiацiя є джерелом усіх природних процесів (метеорологічних, гідрологічних, хімічних, біологічних тощо), що відбуваються на земній кулі. Земля отримує лише одну двохмільярдну частину променистої енергії Сонця, але і ця частина становить 1,36 х 1024 кал тепла на рік.
Весь сонячний спектр поділяють на три частини: ультрафіолетову (з довжиною хвиль 0,01-0,39 мкм) , видиму (0,39-0,66) та інфрачервону (0,76-4 мкм). Ця частина електромагнітного випромінення Сонця називається в метеорології сонячною радіацією.
Розрізняють короткохвильову ( довжина до 4 мкм) і від 4 до 120 мкм довгохвильову радіацію. Крім цього виділяють:
Пряма сонячна радiацiя S - частина променевої енергiї, випромiнюваної Сонцем, яка надходить на поверхню землi в виглядi прямих паралельних променiв.
Розсiяна радiацiя D - частина сонячного випромiнювання, розсiяного атмосферою i яке надходить на горизонтальну поверхню вiд всiєї небесної сфери.
Сумарна радiацiя Q - потiк прямої i розсiяної радiацiї, що надходить на горизонтальну поверхню.
Q = S + D (кал/см2*хв.)
Випромiнювання земної поверхнi Eз - довгохвильова променева енергiя випромiнювана поверхнею Землi i направлена вгору до атмосфери.
Зустрiчне випромiнювання атмосфери Еа - довгохвильове випромiнювання атмосфери, направлене вниз до поверхнi Землi.
|
|
|
Ефективне випромiнювання Ееф - рiзниця мiж довгохвильовим випромiнюванням Землi i атмосфери.
Ееф = Ез - Еа (кал/см2*хв.)
Відбита радіація R – випромінювання, відбите від від земної поверхні. Розрізняють короткохвильову відбиту радіацію Rk - вiдбите короткохвильове випромiнювання, яке надходить від сонячного диска і розсіюється атмосферою та довгохвильову відбиту радіацію Rд, яка виникає при відбиванні атмосферного випромінення. R = Rk + R д. Величина відбитої радіації виражена у відсотках називається альбедо А.
А= R / Q 100%
Земна радіація створюється тепловим випромінюванням земної поверхні.
I нтенсивн i сть поток i в сонячної рад i ац i ї вим i рюється найчаст i ше в кВт/м2 або кал/(см2 хв). Відомо, що 1кал/(см2 хв) = 0,698 кВт/м2 = 4,187 Дж.
Загальне послаблення радіації в атмосфері при будь-якій висоті Сонця виражається формулою Буге-Ламберта
S = So * P m ( кал/см2*хв.)
Де S – інтенсивність прямої сонячної радіації біля поверхні Землі;
- So - сонячна стала ( 1,94-1,98 кал/см2*хв.);
- m - шлях променя в атмосфері.; m =1/ sin <;
- P - коефіцієнт прозорості атмосфери.
Шлях m , що його проходять сонячні промені в атмосфері при різних висотах Сонця над горизонтом, визначається : 90о = 1; 60о =1,2;
|
|
|
30о =2; 10о =5,6; 5о = 10,4; 3о =15,4; 1о -35,4.
Потік прямої радіації на горизонтальну поверхню називають інсоляцією (S ’). Інсоляція визначається за формулами:
S ’= So sin < або S ’= So sin < (кал/см2*хв)
Різницю між всіма потоками сонячної радіації що прийшли на Землю і поглинулися нею та відбитою сонячною радіацією і довгохвильовим випроміненням називають радіаційним балансом В.
B = S+D –R –E еф або
B = Q (1- A ) – Eеф (кал/см2*хв).
Для вимірювання всіх видів сонячної радіації на метеостанціях та у польових умовах застосовують актинометричні прилади: 1 - термоелектричний актинометр Савінова-Янишевського - для вимірювання інтенсивності прямої сонячної радіації; 2 - термоелекричний піранометр Савінова-Янишевського - для вимірювання інтенсивності розсіяної та сумарної радіації; 3 - термоелектричний альбедометр - для вимірювання відбивної здатності підстилаючої поверхні; 4 - геліограф - для вимірювання тривалості сонячного сяяння; 5- люксметр – для вимірювання освітленості.
У виглядi прямої сонячної радiацiї в бiосферу Землi поступає основна частина сонячної енергiї. Вмiння оцiнювати i iнструментально визначати потоки сонячної радiацiї для дослiдника необхiдне.
|
|
|
Б у д о в а п р и л а д і в.
Термоелектричний актинометр Савінова-Янишевського призначений для вимiрювання прямої сонячної радiацiї. Принцип роботи приладу грунтується на використанні явища термоструму. Останнє полягає у тому, що у замкнутому колі, складеному з з двох різних провідників (термопар) виникає електричний струм, якщо температура місця їх з'єднання буде різною. Сила цього струму пропорційна різниці температур спаїв, і її можна виміряти гальванометром.
В актинометрі приймачем сонячної радіації є диск із срібної фольги діаметром 11 мм. Сторона диска, обернена до Сонця - матова чорна. До другої сторони через цигарковий папір приклеєні внутрішні непарні спаї зіркоподібної термобатареї, яка складається з манганінових і константинових стрічок. Зовнішні парні спаї приклеєні до мідного кільця, затиснутого в корпусі приладу поверх паперу. Зірочка ізольована шелаком від срібного диска і мідного кільця. Кінці провідника можуть бути ввімкнуті на гвльванометр.
Приймач вміщений в трубку, довжиною 116 мм, що має на зовнiшньому кiнцi дiафрагму дiаметром 20 мм, яка служить приймальним отвором. Прилад має ряд спадаючих по дiаметру внутрiшнiх дiафрагм i, найменшу дiафрагму дiаметром 10 мм, яка з'єднана з корпусом. Приймальний диск трохи бiльший за цю дiафрагму i розмiщений на невеликiй вiддалi вiд неї. При правильному наведеннi актинометра на Сонце тiнь вiд оправи вхiдного вiкна повинна концентрично розташуватись на кiнцi трубки.
|
|
|
Для спостереження трубку встановлюють з допомогою штатива, який орiєнтують стрiлкою на пiвнiч, послаблюючи гвинт i ставлять сектор широт на ширинi мiсця спостережень. Регулюючим гвинтом повертають трубку, нацiлюючи її на Сонце. Для цього з приладу знімають кришку, трубку націлюють на Сонце. Перед спостереженням вiдкрита трубка наставляється на Сонце протягом 2 хв. для пiдсушування чорноти на прийомнику. Потiм кришка натягується на трубку i через 25-30 с роблять відлік по гальванометру, тобто вiдраховують положення нуля. Через 25 с. пiсля зняття кришки проводять спостереження, тобто серії відліків з інтервалами 5 с.
Термоелектричний пiранометр призначений для вимiрювання cумарної i розсiяної радiацiї. Вiн має пристрiй, який дозволяє перекинути станину приладу приймачем вниз, що дозволяє вимiрювати iнтенсивнiсть вiдбитої радiацiї i визначити альбедо пiдстилаючої поверхнi. Приймачем пiранометра є термоелектрична батарея, вмонтована в формi квадрата 32 х 33 мм2 , яка складається з 87 термопар з манганіну та константину. Її прийомна поверхня пофарбована в чорний i бiлий кольори у виглядi шахової дошки. Половина спаїв термобатереї знаходиться пiд бiлими, iнша половина - пiд чорними клiтинками. Під дією короткохвильової радіації, внаслідок різниці температур білих і чорних спаїв, виникає термострум. Крайні термоелементи батареї з'єднані з гальванометром. Зверху приймач накритий напiвсферичним склом для захисту вiд вiтру i опадiв. Скло, крім того, затримує довгохвильову радіацію. Для вимiрювання iнтенсивностi сонячної радiацiї приймач затiнюють особливим екраном. Пiд час вимiрювань приймач приладу встановлюється строго горизонтально, для для чого пiранометр укомплектований рiвнем i гвинтами. У нижнiй частинi приймача розмiщена скляна сушарка, заповнена водопоглинаючою речовиною, яка запобiгає конденсацiї вологи на приймачi i склi.
Термоелектричний альбедометрпризначений для вимiрювання iнтенсивностi сумарної, розсiяної i вiдбитої радiацiї. Його приймачем є головка пiранометра, встановлена на самозрiвноважуючий карданнний пiдвiс. Цей пiдвiс дозволяє встановлювати прилад в двох положеннях - приймачем вгору i вниз, до того горизонтальнiсть приймача забезпечується автоматично.
Люксметр Ю-16 застосовується для вимiрювання освiтленостi поверхонь. Гелiограф призначений для реєстрацiї сонячного сяйва.
З а в д а н н я 1.
1. Зрозумiти будову, принцип дiї термоелектричного актинометра.
2. Освоїти методику дослiдження i виконати спостереження.
П о р я д о к в и к о н а н н я р о б о т и.
1. Пiдготувати умови для роботи з актинометром i правильно розташувати i пiдготувати до роботи гальванометр.
2. Пiдключити актинометр до гальванометра. При закритiй кришцi актинометра вiдкоректувати положення (з максимальним наближенням до нуля) стрiлки гальванометра й записати це положення в таблицю (Н'0). Зробити відлік температури на гальванометрі (t1).
3. Вiдкрити кришку i з допомогою регулювальних гвинтiв забезпечити орiєнтацiю фотоелемента актинометра щодо сонячних променiв (сонячний вiзир вiд отвору на вiнцях актинометричної трубки повинен спiвпадати з центром перехрестя нанесеного при основi). Витримати паузу не меншу за момент iнерцiї приладу (50-55 с) i вiдiбрати вiдлiки й внести їх в таблицю (Н1, Н2, Н3, Н4). Виміряти температуру на термометрі гальванометра (t2).
4. Виконавши вказану серiю спостережень, вiдмiтити положення стрiлки нуля (Н''0).
5. Обчислити середню величину місця нуля гальванометра:
Н0 = (Н'0 + Н''0) / 2
та середню величину Н чотирьох вимірювань:
Н = (Н1 + Н2 + Н3 + Н4) /4.
6. Обчислити середню температуру гальванометра: t = ( t 1 + t 2 ) / 2.
7. До середнього значення відлікань гальванометра внести шкалову поправку ( Н) згідно з його середньою температурою ( t ). Ці дані беруть із свідоцтва гальванометра. Після цього обчислити випралене відлікання гальванометра за формулою: Н = Н + Н.
8. Визначити фактичне відхилення стрілки гальванометра (N):
N = H - H0
9. Визначити інтенсивність прямої сонячної радіації S в кал /(см2 хв) за отриманими даними та перевідним множником k = 0,0141,за свідоцтвом:
S = k N
Опрацювання результатiв вимiрювань.
1. Використовуючи отриманi експериментальнi данi, визначають потiк прямої сонячної радiцiї за формулою.
2. Розрахунковим методом проводять визначення iнтенсивностi потоку прямої сонячної радiацiї за формулою:
Q = S + D, з якої S = Q - D.
3. Порiвнюємо отриманi результати, що й стане контролем якостi виконання роботи.
З а в д а н н я 2 .
1. Вивчити будову, принцип дiї i методику виконання дослiджень пiранометром термоелектричним та альбедометром.
2. Провести серiю спостережень.
П о р я д о к в и к о н а н н я р о б о т и.
1. Встановити пiранометр i забезпечити (за допомогою рiвня) приймальнiй поверхнi горизонтальне положення.
2. На пiвнiч вiд пiранометра, на вiдстанi 50-60 см, розташувати гальванометр i приєднати його до пiранометра.
3. Забезпечити стрiлцi гальванометра (при закритiй приймальнiй поверхнi пiранометра) нульове положення щодо шкали гальванометра. Зняти вiдлiк положення нуля стрiлки з точнiстю до десятої долi найдрiбнiшої поділки шкали (Н'0).
4. Щоб отримати данi для визначення iнтенсивностi потоку сумарної сонячної радiацiї, необхiдно зняти кришку пiранометра й через 60 сек зчитати з iнтервалом у 20 сек 3 вiдлiки i записати в табл. (Н1, Н2, Н3 ,Н4).
5. Визначення потоку розсiяної сонячної радiцiї передбачає зат iнення екраном фотоелемента приймальної поверхнi. Через 60 сек провести з iнтервалом в 20 сек в таблицю.
6. Виконавши цi спостереження, закрити кришкою приймальну поверхню i визначити положення нуля стрiлки гальванометра, яке й запи-сати в наступну табл. (Н''0).
Опрацювання результатів вимірювань.
1. Розрахунок iнтенсивностi сумарної сонячної радiацiї проводять за допомогою наступної формули:
Q = k (H1)+(H2)+(H3,+Н4) / 4 - (H`0+H``0) / 2,
де k - перевiдний коефiцiєнт, який визначається при повiрцi приладу (приймемо, що вiн складатиме 0,0141);
H`- поправка гальванометра (iндивiдуальна для кожного приладу);
Н1, Н2 та iн. - вiдлiки.
Дата добавления: 2018-09-22; просмотров: 389; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!