Количество солнечной энергии, достигающей на поверхность Земли, изменяется из-за движения земли вокруг своей оси и Солнца. Эти изменения зависят от времени суток и времени года. Обычно в полдень на Землю попадает наибольшее количество солнечной радиации, чем рано утром или поздно вечером. В полдень Солнце находится в зените, и длина пути прохождения лучей Солнца через атмосферу Земли сокращается. Вследствие этого, меньшее количество солнечных лучей преломляется и отражается, следовательно, больший объем солнечной радиации достигает поверхности земли. Количество энергии, падающей на единицу площади в единицу времени, зависит от ряда факторов: широты, местного климата, сезона года, угла наклона поверхности по отношению к Солнцу.Количество солнечной энергии, достигающей поверхности Земли, отличается от среднегодового значения: в зимнее время - менее чем на 0,8 кВт*ч/м 2 в день на Севере Европы и более чем на 4 кВт*ч /м 2 в день в летнее время в этом же регионе. Различие уменьшается по мере приближения к экватору. Количество солнечной энергиизависит и от географического месторасположения объекта: чем ближе к экватору, тем оно больше. Например, среднегодовое суммарное солнечное излучение, падающее на горизонтальную поверхность, составляет: в Центральной Европе, Средней Азии и Центральном регионе России - приблизительно 1000 кВт*ч/м 2 ; в Средиземноморье приблизительно 1500 кВт*ч/м 2 ; в большинстве пустынных регионов Африки, Ближнего Востока и Австралии - приблизительно 2200 кВт*ч/м 2 . Таким образом, количество солнечной радиации существенно различается в зависимости от времени года и географического положения. Этот фактор играет важнейшую роль при расчете эффективности использования электростанций, в которых используются солнечные батареии коллекторы. Рис.1.2 Распределение солнечной радиации на поверхности Земли.
1.4 История развития солнечных коллекторов
Люди нагревали воду при помощи Солнца с давних времен, до того, как ископаемое топливо заняло лидирующее место в мировой энергетике. Принципы солнечного отопления известны на протяжении тысячелетий. Покрашенная в черный цвет поверхность сильно нагревается на солнце, тогда как светлые поверхности нагреваются меньше, белые же меньше всех остальных. Это свойство используется в солнечных коллекторах - наиболее известных приспособлениях, непосредственно использующих энергию Солнца. Коллекторы были разработаны около двухсот лет назад. Самый известный из них - Технология изготовления солнечных коллекторов достигла практически современного уровня в 1908 году, когда Вильям Бейли из американской "Carnegie Steel Company" изобрел коллектор с теплоизолированным корпусом и медными трубками. Этот коллектор весьма походил на современную термосифонную систему (см. ниже). К концу первой мировой войны Бейли продал 4 000 таких коллекторов, а бизнесмен из Флориды, купивший у него патент, к 1941 году продал почти 60 000 коллекторов. Введенное в США во время второй мировой войны нормирование меди привело к резкому падению рынка солнечных обогревателей. До всемирного нефтяного кризиса 1973 года эти устройства пребывали в забвении. Однако кризис пробудил новый интерес к альтернативным источникам энергии. В результате возрос спрос и на солнечную энергию. Многие страны живо интересуются развитием этой области. Эффективность систем солнечного отопления с 1970-х постоянно возрастает благодаря использованию для покрытия коллекторов закаленного стекла с пониженным содержанием железа (оно пропускает больше солнечной энергии, чем обычное стекло), улучшенной теплоизоляции и прочному селективному покрытию.
Солнечная энергия восстанавливается без участия человека естественным путем и является одним из экологически безопасных источников. Ученые всего мира работают над разработкой систем, которые расширят возможности использования солнечной энергии. Один квадратный метр Солнца излучает 62 900 кВт энергии. Это количество излучения равно работе 1 миллиона электрических ламп.(10)
Солнечная энергия может быть преобразована в полезную энергию и использоваться для активных и пассивных энергетических систем. Более масштабный способ использования солнечного света это строительство зданий, при проектировании которых, были учтены климатические условия, подобранны строительные материалы, максимально использующие солнечную энергию, для обогрева или охлаждения, освещения зданий. При таком проектировании сама конструкция здания является коллектором, аккумулирующем солнечную энергию. Такие здания экологически чистые, комфортные и энергетически независимые.
Принцип активных систем использование солнечной энергии, при этом применяется солнечный коллектор. Он поглощает солнечный свет, превращая ее в тепло, которое через теплоноситель обогревает здания, нагревает воду и может преобразовать ее в электрическую энергию. Солнечные коллекторы могут использоваться в бытовых нуждах, сельском хозяйстве и в промышленности.
По поверхности шарообразной Земли солнечное тепло и свет распределяются неравномерно. Это объясняется тем, что угол падения лучей на разных широтах разный.
Вы уже знаете, что земная ось наклонена к плоскости орбиты под углом. Своим северным концом она направлена в сторону Полярной звезды. Солнце всегда освещает половину Земли. При этом более освещается то Северная полушарие (и день там длится дольше, чем в другом полушарии), то, наоборот, Южная. Дважды в год оба полушария бывают освещены одинаково (тогда и продолжительность дня в обоих полушариях одинакова).
Когда Земля обращена к Солнцу Северным полюсом, тогда оно больше освещает и нагревает Северное полушарие. Дни становятся длиннее ночи. Наступает теплое время года - лето. На полюсе и в приполярной части Солнце светит круглосуточно и не заходит за горизонт (Ночь не наступает). Это явление называется полярный день. На полюсе он длится 180 суток (полгода), но чем дальше на юг, тем его продолжительность уменьшается до суток на параллели 66,5 0 пн. ш. Эту параллель называют Северным полярным кругом. Южнее этой линии Солнце опускается за горизонт и смена дня и ночи происходит в привычном для нас порядке - ежесуточно. 22 июня - Солнечная лучи будут падать отвесно (под наибольшим углом - 90 0) На параллель 23,5 пн. ш. Этот день будет самым длинным, а ночь короткой в году. Эту параллель называют Северными тропиком, А день 22 июня - летним солнцестоянием.
В настоящее время Южный полюс отвлеченный от Солнца и оно меньше освещает и нагревает Южное полушарие. Там зима. На полюс и приполярной часть течение суток солнечные лучи совсем не попадают. Солнце не появляется из-за горизонта и день не наступает. Это явление называется полярная ночь. На самом полюсе она длится 180 дней, а чем дальше на север, тем становится короче до одних суток на параллели 66,5 0 ю. ш. Эту параллель называют Южным полярным кругом. Севернее от нее Солнце появляется на горизонте и смена дня и ночи происходит каждые сутки. 22 июня День будет кратчайшим в году. Для Южной полушарии он будет зимним солнцестоянием.
Через три месяца, 23 сентября, Земля займет такое положение относительно Солнца, когда солнечные лучи одинаково освещать как Северную, так и Южное полушарие. Отвесно солнечные лучи падают на экваторе. На всей Земле, кроме полюсов, день равен ночи (по 12 ч). Этот день называют днем осеннего равноденствия.
Еще через три месяца, 22 декабря к Солнцу вернется Южная полушарие. Там наступит лето. Этот день будет самым длинным, а ночь - самой короткой. В приполярной области наступит полярный день. Лучи Солнца отвесно падать на параллель 23,5 0 ю. ш. Зато, в Северном полушарии будет зима. Этот день будет самым коротким, а ночь длинной. Параллель 23,5 0 ю. ш. называют Южным тропиком, а день 22 декабря - зимним солнцестоянием.
Еще через три месяца, 21 марта, опять обе полушария будут освещены одинаково, день будет равен ночи. Лучи солнца отвесно падать на экваторе. Этот день называют весенним равноденствием.
В Украине наибольшая высота Солнца в полдень – 61–69 0 (22 июня), наименьшая - 14-22 0 (22 декабря).
Солнце является основным источником тепла и света на Земле. Этот огромный газовый шар с температурой на поверхности около 6000° С излучает большое количество энергии, которую называют солнечной радиацией. Она нагревает нашу Землю, приводит в движение воздух, образует круговорот воды, создает условия для жизни растений и животных.
Проходя через атмосферу, часть солнечной радиации поглощается, часть рассеивается и отражается. Поэтому поток солнечной радиации, приходя к поверхности Земли, постепенно ослабевает.
Солнечная радиация поступает на поверхность Земли прямой и рассеянной. Прямая радиация представляет поток параллельных лучей, идущих непосредственно от диска Солнца. Рассеянная радиация поступает со всего небосвода. Считается, что поступление тепла от Солнца на 1 га Земли равнозначно сжиганию почти 143 тыс. т угля.
Солнечные лучи, проходя через атмосферу, мало ее нагревают. Нагревание атмосферы происходит от поверхности Земли, которая, поглощая солнечную энергию, превращает ее в тепловую. Частицы воздуха, соприкасаясь с нагретой поверхностью, получают тепло и уносят его в атмосферу. Так нагреваются нижние слои атмосферы. Очевидно, чем больше получает поверхность Земли солнечной радиации, тем сильнее она нагревается, тем сильнее нагревается от нее воздух.
Температуру воздуха измеряют термометрами (ртутными и спиртовыми). Спиртовые термометры применяют, когда температура воздуха бывает ниже - 38° С. На метеорологических станциях термометры помещают в особой будке, построенной из отдельных, расположенных под определенным углом пластинок (жалюзи), между которыми свободно циркулирует воздух. Прямые солнечные лучи не попадают на термометры, таким образом, температуру воздуха измеряют в тени. Сама будка находится на высоте 2 м от земной поверхности.
Многочисленные наблюдения за температурой воздуха показали, что самая высокая температура наблюдалась в г. Триполи (Африка) (+ 58°С), самая низкая - на станции Восток в Антарктиде (-87,4° С).
Поступление солнечного тепла и распределение температуры воздуха зависит от широты места. Тропическая область получает больше тепла от Солнца, чем умеренные и полярные широты. Больше всего тепла получают экваториальные области Солнце - звезда Солнечной системы, которая является для планеты Земля источником громадного количества тепла и ослепительного света. Несмотря на то, что Солнце находится от нас на значительном расстоянии и до нас доходит лишь небольшая часть его излучения, этого вполне достаточно для развития жизни на Земле. Наша планета вращается вокруг Солнца по орбите. Если с космического корабля наблюдать Землю в течение года, то можно заметить, что Солнце всегда освещает только какую-либо одну половину Земли, следовательно, там будет день, а на противоположной половине в это время будет ночь. Земная поверхность получает тепло только днем.
Наша Земля нагревается неравномерно. Неравномерный нагрев Земли объясняется ее шарообразной формой, поэтому угол падения солнечного луча в разных районах различен, а значит, различные участки Земли получают различное количество тепла. На экваторе солнечные лучи падают отвесно, и они сильно нагревают Землю. Чем дальше от экватора, тем угол падения луча становится меньше, а следовательно, и меньшее количества тепла получают эти территории. Один и тот же по мощности пучок солнечного излучения обогревает у экватора гораздо меньшую площадь, так как он падает отвесно. Кроме того, лучи, падающие под меньшим углом, чем на экваторе, - пронизывая атмосферу, проходят в ней больший путь, вследствие чего часть солнечных лучей рассеивается в тропосфере и не доходит до земной поверхности. Все это свидетельствует о том, что при удалении от экватора к северу или к югу уменьшается температура воздуха, так как уменьшается угол падения солнечного луча.
Распределение осадков на земном шаре зависит от того, сколько облаков, содержащих влагу, образуется над данной территорией или сколько их может принести ветер. Очень важна температура воздуха, потому что интенсивное испарение влаги происходит именно при высокой температуре. Влага испаряется, поднимается вверх и на определённой высоте образуются облака.
Температура воздуха убывает от экватора к полюсам, следовательно, и количество выпадающих осадков максимально в экваториальных широтах и уменьшается к полюсам. Однако на суше распределение осадков зависит от целого ряда дополнительных факторов.
Над прибрежными территориями выпадает много осадков, а по мере удаления от океанов их количество уменьшается. Больше осадков на наветренных склонах горных хребтов и значительно меньше на подветренных. Например, на атлантическом побережье Норвегии в Бергене выпадает 1730 мм осадков в год, а в Осло (за хребтом - прим. от сайт), здесь выпадает в среднем более 11 000 мм осадков в год. Такое обилие влаги приносит в эти места влажный летний юго-западный муссон, который поднимается по крутым склонам гор, охлаждается и проливается мощным дождём.
Океаны, температура воды которых меняется гораздо медленнее, чем температура земной поверхности или воздуха, оказывают на климат сильное смягчающее воздействие. Ночью и зимой воздух над океанами остывает значительно медленнее, чем над сушей, а если океанические воздушные массы перемещаются над материками, это приводит к потеплению. И наоборот, днем и летом морской бриз охлаждает сушу.
Распределение влаги на земной поверхности определяется круговоротом воды в природе. Каждую секунду в атмосферу, главным образом с поверхности океанов, испаряется огромное количество воды. Влажный океанический воздух, проносясь над материками, охлаждается. Затем влага конденсируется и возвращается на земную поверхность в форме дождя или снега. Частично она сохраняется в снежном покрове, реках и озерах, а частично возвращается в океан, где снова происходит испарение. Таким образом завершается гидрологический цикл.
На распределение осадков влияют и течения Мирового океана. Над районами, вблизи которых проходят тёплые течения, количество осадков увеличивается, так как от тёплых водных масс воздух нагревается, он поднимается вверх и образуются облака с достаточной водностью. Над территориями, рядом с которыми проходят холодные течения, воздух охлаждается, опускается вниз, облака не образуются, и осадков выпадает значительно меньше.
Поскольку вода играет существенную роль в эрозионных процессах, она тем самым влияет на движения земной коры. А любое перераспределение масс, обусловленное такими движениями в условиях вращающейся вокруг своей оси Земли, способно, в свою очередь, внести вклад в изменение положения земной оси. Во время ледниковых эпох уровень моря понижается, так как вода аккумулируется в ледниках. Это, в свою очередь, приводит к разрастанию материков и увеличению климатических контрастов. Сокращение речного стока и понижение уровня Мирового океана препятствуют достижению теплыми океаническими течениями холодных регионов, что ведет к дальнейшим климатическим изменениям.
Как изменяется высота Солнца над горизон-том на протяжении года. Чтобы выяснить это, вспомните результаты своих наблюдений за длиной тени, которую отбрасывает гномон (шест длиной 1 м) в полдень. В сентябре тень была одной длины, в октябре она стала длиннее, в ноябре — ещё длиннее, в 20-х числах декабря — самой длинной. С конца декабря тень снова уменьшается. Изменение длины тени гно-мона показывает, что на протяжении года Солнце в полдень бывает на разной высоте над горизонтом (рис. 88). Чем выше Солнце над горизонтом, тем короче тень. Чем ниже Солнце над горизонтом, тем длиннее тень. Выше всего поднимается Солнце в Северном полушарии 22 июня (в день летнего солнцестояния), а наиболее низкое его положение — 22 декабря (в день зимнего солнцестояния).
Почему нагревание поверхности зависит от высоты Солнца. Из рис. 89 видно, что одинаковое количество света и тепла, поступающее от Солнца, при его высоком положении попадает на меньший участок, а при низком — на больший. Ка-кой участок будет нагреваться больше? Разумеется, меньший, поскольку там сосредоточены лучи.
Следовательно, чем выше Солнце над горизонтом, тем прямолинейнее падают его лучи, тем больше нагревается земная поверхность, а от неё и воздух. Тогда наступает лето (рис. 90). Чем ниже Солнце над горизонтом, тем меньше угол падения лучей, и тем меньше нагревается поверхность. Наступает зима.
Чем больше угол падения солнечных лучей на земную поверхность, тем больше она освещается и на-гревается.
Как нагревается поверхность Земли. На по-верхность шарообразной Земли солнечные лучи, падают под разным углом. Наибольший угол паде-ния лучей на экваторе. По направлению к полюсам он уменьшается (рис. 91).
Под наибольшим углом, почти отвесно, солнечные лучи падают на экваторе. Земная поверхность там получает больше всего солнечного тепла, поэто-му у экватора жарко круглый год и смены времён года не бывает.
Чем дальше от экватора на север или на юг, тем угол падения солнечных лучей меньше. Вследствие этого меньше нагреваются поверхность и воздух. Становится прохладнее, чем на экваторе. Появляются времена года: зима, весна, лето, осень.
На полюса и приполярные районы зимой солнечные лучи совсем не попадают. Солнце по несколько ме-сяцев не появляется из-за горизон-та, и день не наступает. Это явление называется полярная ночь . Поверхность и воздух сильно охлаждаются, поэтому зимы там очень суровые. Ле-том же Солнце месяцами не заходит за горизонт и светит круглые сутки (ночь не наступает) — это полярный день . Казалось бы, если так долго продолжается лето, то и поверхность должна нагре-ваться. Но Солнце находится низко над горизонтом, его лучи лишь скользят по поверхности Земли и почти не нагревают её. Поэтому лето вблизи полю-сов холодное.
Освещение и нагревание поверхности зависят от её расположения на Земле: чем ближе к экватору, тем больше угол падения солнечных лучей, тем сильнее нагревается поверхность. По мере удаления от эк-ватора к полюсам угол падения лучей уменьшается, соответственно поверхность нагревается меньше, и становится холоднее. Материал с сайта
 |
| Весной растения начинают бурно развиваться |
Значение света и тепла для живой природы. Солнечный свет и тепло необходимы всему живому. Весной и летом, когда света и тепла много, расте-ния находятся в расцвете. С приходом осени, когда Солнце над горизонтом снижается и уменьшается поступление света и тепла, растения сбрасывают листву. С наступлением зимы, когда продолжительность дня небольшая, природа находится в состоянии покоя, некоторые животные (медведи, барсуки) даже впадают в спячку. Когда наступаем весна и Солнце поднимается всё выше, у растений снова начинается активный рост, оживает животный мир. И всё это благодаря Солнцу.
Декоративные растения, такие как монстера, фикус, аспарагус, если их постепенно поворачивать к свету, разрастаются равномерно во все стороны. Но цветущие растения плохо переносят такую перестановку. Азалия, камелия, герань, фуксия, бегония почти сразу сбрасывают бутоны и даже листья. Поэтому во время цветения «чув-ствительные» растения лучше не переставлять.
Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском
На этой странице материал по темам:
- кратко распределение света и тепла на земном шаре
Я, как и все, люблю лето за его теплые лучи солнца, которые согревают после холодной зимы. Но ведь в других странах жаркая погода может быть круглый год или, наоборот, кое-где лишь пару месяцев в году можно назвать летними. Почему же так неравномерно распределяется солнечное тепло? Сейчас я разберусь.
Солнечное тепло на Земле
Всем известно и понятно, что наше Солнце - это единственная и неповторимая звезда в Солнечной системе, и все космические тела совершают вращательное движение вокруг неё. Излучение от Солнца позволяет поддерживать жизнь на нашей планете. В то же время, растения, люди и животные очень зависимы от света Солнца. Например, в тундре из-за малого количества солнечного света устанавливается очень низкая температура, растительность - маленьких размеров и короткий период, когда растения растут. Солнечную энергию получают нижние воздушные слои Земли (тропосфера), в которых образовываются облака. Для живых организмов, кстати, Солнце полезно своими ультрафиолетовыми лучами, которые дарят очень важный витамин D.
Основная причина неравномерного солнечного распределения тепла
Если мы взглянем на глобус, то сразу заметим, что ось Земли имеет некий наклон. То есть, во время того, как Земля вертится вокруг нашей главной звезды, её угол наклона неизменен. В связи с этим, Земля проходит то большей стороной к Солнцу Северным полушарием, то Южным. Соответственно, изменяется и угол, под которым лучи Солнца падают на поверхность планеты. Поэтому больше нагревается и освещается то Южное, то Северное полушарие.
Дополнительные влияющие факторы
Угол падения лучей - это не единственный фактор, от которого зависит температурный режим нашей планеты. Существует еще ряд признаков:
- рельеф местности;
- осадки;
- наличие ледников;
- состояние атмосферы.
Каждый из них зависит от территории. Например, в Великобритании температура будет ниже вследствие постоянного наличия облаков. Ведь из-за этого солнечные лучи не могут доходить до земной поверхности в полной мере. Все эти дополнительные факторы являются некими препятствиями для прохождения лучей Солнца.
Загрузка...
