Күн радиациясының спектрлік бөлінуі

Күн энергиясының спектрі атмосфераның жоғары тыс қабатында 0,20 - 5 мкм толқын ұзындығы аралығында орналасқан. Жобамен 47% радиация спектрдің көрінетін, 44%-ы инфрақызыл, ал 9%-ы ултрафиолетті бөліктерінде жатады.

Жер атмосферасының шекралық тыс қабатында күн радиациясының сәулененуі 5500⁰С-қа тең, бұл абсолюттік қара дененің сәулененуіне сәйкес келеді.

3.5-сурет. Күн радиациясының спектрге бөлінуі

Бұл толқын ұзындығы 0,2-ден 4 мкм-ге дейінгі ультрафиолеттік сәуле, 0,4-0,78 мкм аралығындағы көрінетін сәуле және инфрақызыл ұзын толқынды сәулелерді құрайды. Күн сәулесінің ең үлкен энергетикалық потенциалы – қарқындылығы 0,5 мкм толқын ұзындығына келеді (3.5, 3.6-суреттер) [15,19,25].

Көптеген мақсаттарда (мысалы, жылу құбылыстарында) күнді абсолюттік қара дене деп алуға болады.

3.6-суретте абсолюттік қара дененің энергетикалық спектрі көрсетілген ордината осінде энергия тығыздығы, абцисса осінде аралық толқын ұзындығы (әртүрлі температураға сәйкес).

3.6-сурет. Абсолюттік қара дененің энергетикалық спектрі

Біз көріп тұрғандай күн энергиясының жартысына жуығы толқын ұзындығы 0,35 – 0,75 мкм аралығында топталған, бұл спектрдің көрінетін бөлігі. Күн энергиясынның қалған бөлігі ултрафиолеттік спектрдің меншігіне тиеді, толқын ұзындығы 0,3 мкм, ол кіші бөлігі, ал үлкен бөлігі инфрақызыл аймағы, соңғысы бізге жылу береді [6,19,25,41].

Күнді абсольюттік қара дене десек онда өзі аты айтып тұрғандай қара дене барлық толқын ұзындығындағы энергияны жұтып отырады. Жалпы абсольюттік қара денеге жалынның қара күлін және де жанған ағаштың қара көмірін, қара материалдарды жатқызуға болады.

Қара дененің сәулеленуі тең қалыпты және сәулеленуі дененің табиғатына байланысты емес, сәулелену тек қана дененің температурасына тәуелді. Қара денеден таралатын энергияның толық шамасы (сәулелену беті 1м²-тен 1сек-та )

Е (Т) = аТ⁴ , (3.1)

мұндағы, а = 5,67·10^-8 Вт/(м²·К⁴), Т– қара дененің Кельвин шкаласы бойынша ыстықтығы.

Бұл заңдылыққа а –Стефан-Больцман тұрақтысы деп аталады. Бұл заң осыдан бір ғасыр бұрын Стефанның зерттеу жұмысымен, Больцманның теориялық еңбегімен табылып, термодинамика мен электродинамиканың сәулеленуіндегі классикалық заңдардан туындаған.

Квант заңдылығына негізделген абсолюттік қара денеден тарайтын энергияның шығу спектрі қалыпты болатындығын М. Планк зерттеу жұмыстарын жүргізе отырып шығарған.

Вин заңы абсолютті қара дененің сәулеленуінің энергиясының шекті мәніне сәйкес келетін толқын ұзындығы λ_m, абсолютті температурасына (ыстықтығына) кері шама екенін белгіледі.

(3.2)

Абсолюттік қара дененің спектрлік қуаттылығының толқын ұзындылығына сәйкес бөлінуін Планк тағайындады. Бұл заңда сәулеленудің қуаты – бірлік аралықтағы толқын ұзындығы мен және абсолюттік қара дененің ыстықтығымен анықтайтынын көрсетеді.

Бақылау сұрақтары:

1. Күннің жерден қашықтығы. Күн сәулесі ағынның қуаты қанша кВт-ты құрайды және күннің химиялық құрамы қандай элементтерден тұрады?

2. Күннің ішінде секундына қанша материяны энергияға айналдырады және олардың атомдық элменттері қандай күйде болады?

3. Плазма – ол қандай қоспалардан құралады?

4. Термоядролық тектесу дегеніміз не?

5. Күнді ұстап тұратын қандай күш?

6. Күннің орталық аймағында ыстықтығы және одан бөлінетін энергия қалай жүреді және оның формуласы қандай?

7. Күн қандай қабаттардан тұрады?

8. Жер күннен қанша жылу алады, оның қанша пайызын атмосфера қабатынан және бұлттардан кері шағылдырады?

9. Күн энергиясының жерге түсетін жылдық мөлшерінің оның қанша бөлігі жердің құрғақ бөлігіне түседі?

10. Күннен жылына 1 м² жерге түсетін энергиясының шамасы неге тең?

11. Күн радиациясының жылдық орташа тығыздығы қандай?

12. Күн радиация ағынының атмосферадан тыс жоғарғы шектік қабатындағы тығыздығы қандай шаманы құрайды оны қалай атайды ?

13. Күн энергияның бір сағатта 1 м² ауданға түсетін орташа шамасы неге тең?

14. Жер Күнді өз орбитасымен айналғанда оның арақашықтықтығы бір жылда қанша пайызға өзгеріп отырады?

15. Күн кеңістік жағдайында жерден қарағанда қандай бұрышпен көрінеді?

16. Күн энергияның спектрі атмосфераның жоғарғы тыс қабатында қандай толқын ұзындығы аралығында орналасқан?