Måling af solarkonstanten og beregning af Solens overfladetemperaturIndholdBeskrivelse
Pyrheliometeret en mini-solfanger, som består af en sortmalet, massiv messingcylinder i bundet af en kollimator, som er et cirkulært rør. Inden øvelsen stilles pyrheliometeret i skyggen, indtil det har antaget omgivelsernes temperatur. Herefter drejes kollimatoren mod Solen, og temperaturen registreres i ca. 20 minutter. Kollimatoren drejes med mellemrum, så den hele tiden peger mod Solen. Til resultatbehandlingen benyttes en graf, der viser temperaturen som funktion af tiden. TeoriVi undersøger energiomsætningen under opvarmningen: Absorberet energi = Tilvækst i termisk energi = hvor F er fluxen, A absorberskivens areal, m cylinderens masse, c messings specifikke varmekapacitet. Størrelserne Dt og DT er henholdsvis den forløbne tid siden forsøgets start, og temperaturstigningen. a er den matsorte overflades absorptionsfaktor - i mangel af bedre kan man anvende værdien a =1. Hvis der ses bort fra varmeafgivelse til omgivelserne gælder derfor:
Antagelsen om nul varmetab er korrekt så længe temperaturstigningen er lille. Brøken For at bestemme solarkonstanten, og derefter Solens overfladetemperatur, skal den eksperimentelt bestemte flux F korrigeres for absorption i atmosfæren. Dette gøres med formlen
hvor F er den måte flux, S0 solarkonstanten (den korrigerede flux) og h Solens højde, dvs. sigtevinklen til Solen i forhold til vandret. q er en konstant, som udtrykker atmosfærens absorption af sollyset. Man kan anvende værdien q=0,63. Begrundelsen for denne formel fremgår af appendix til vejledningen. ResultatbehandlingBestem den observerede flux F og solarkonstanten S0 ved hjælp af formlerne ovenfor. Udfra den således bestemte S0 bestemmes fluxen på Solens overflade ved afstands-kvadrat-loven, og herefter bestemmes Solens overfladetemperatur ved hjælp af Stefan-Boltzmanns lov:
Værdier for Stefan-Boltzmanns konstant, Solens radius og Solens afstand til Jorden slås op i en tabel.
Appendix: Korrektion for absorption i atmosfærenSolarkonstanten S0 er fluxen (strålingseffekten pr. arealenhed) lige uden for jordens atmosfære, vinkelret på strålingens retning. En del af strålingsenergien absorberes i atmosfæren. I et luftlag af tykkelse x gælder
Her er F fluxen på jordoverfladen et sted, hvor Solen står i Zenit. k er en konstant som afhænger af atmosfærens tæthed og sammensætning, samt af strålingens art. Hvis sollyset kommer skråt ind, som i øvelsen, skal lyset passere et tykkere luftlag før det når overfladen. Ifølge figuren er afstanden nu
I udledningen forudsættes, at atmosfæren består af et luftlag med veldefineret tykkelse x og konstant sammensætning og tæthed. Det færdige resultat afhænger ikke af denne forudsætning (overvej). Tallet q kan fortolkes som den brøkdel af sollyset, der når jordoverfladen, når Solen står i Zenit; i beregninger kan man anvende værdien q=0,63. |
Der skal bruges et pyrheliometer (Soldata Model 90K) og en PC med dataopsamlingsudstyr.
kan derfor bestemmes som hældningskoefficienten til grafens tangent i startpunktet t = 0 s. Herefter kan den modtagne flux F beregnes.
hvor h er solhøjden. Den målte flux F er derfor