Какую мощность излучения имеет солнце

34. Какую мощность излучения р имеет Солнце? Излучение Солнца считать близким к излучению абсолютно черного тела. Эффективная температура Солнца 5800 к. Радиус Солнца считать равным 7108 м.

Энергетическая светимость Солнца (как абсолютно черного тела) по закону Стефана-Больцмана равна: . С другой стороны по определению, гдеE— излучаемая энергия, S— площадь излучающей поверхности, t-время, в течении которого происходит излучение, N— мощность излучения.

Т.о.,  (Считаем Солнце шаром с радиусом 710 8 м). Получаем, что мощность излучения Солнца составляет 3,910 26 Вт

35. Найти солнечную постоянную К, т.е. количество лучистой энергии, посылаемой Солнцем в единицу времени через единичную площадку, перпендикулярную к солнечным лучам и находящуюся на таком же расстоянии от него, как и Земля. Температура поверхности Солнца 5800 К. Излучение Солнца считать близким к излучению абсолютно черного тела.

Энергетическая светимость Солнца (как абсолютно черного тела) по закону Стефана-Больцмана равна: . А мощность солнечного излучения, гдеr— радиус Солнца. Т.к. солнечная энергия не теряется, то на расстоянии орбиты Земли .

Получаем .Откуда,Е=1389 Вт/м 2 .

36. Известно, что атмосфера Земли поглощает 10% лучистой энергии, посылаемой Солнцем. Определите максимальную и минимальную мощность излучения L, получаемую от Солнца горизонтальным участком Земли, на котором расположен город Калуга. Площадь города принять равной 50 км 2 . Излучение Солнца считать близким к излучению абсолютно черного тела.

Максимальная мощность излучения L_max, получаемая от Солнца горизонтальным участком Земли, будет в тот день, когда высота Солнца над горизонтом наибольшая (это день летнего солнцестояния). Определим в этот день высоту Солнца в Калуге.

Широта Калуги =54 31, а склонение Солнца =23,5, тогда h_max=90- 54,5+ 23,5=59 (по формуле h = 90-  + ).

Мощность излучения, получаемая от Солнца горизонтальным участком, равна , гдеЕ – солнечная постоянная для Земли, S  — площадь участка, перпендикулярного к солнечным лучам, равная (S – площадь данного участка (города Калуги)), n— коэффициент поглощения земной атмосферы.

Т.о.,,L_max=510 10 Вт.

Минимальная мощность излучения L_min, получаемая от Солнца горизонтальным участком Земли, будет в тот день, когда высота Солнца над горизонтом наименьшая (это день зимнего солнцестояния). Определим в этот день высоту Солнца в Калуге. Склонение Солнца в этот день =-23,5, тогда h_min=90- 54,5- 23,5=12. Минимальная же мощность излучения L_min будет равна ,

L_min= 1,210 10 Вт.

37. В 1947 г в западных отрогах Сихотэ-Алиня (Приморский край) упал огромный железо-никелевый метеорит. Во время движения в атмосфере он разбился на многочисленные осколки и рассеялся металлическим дождем на площади 35 км 2 . Масса метеорита оценивается в 60 т, общий вес собранных осколков достиг 27 т. В Калужском государственном музее истории космонавтики им. К.Э. Циолковского хранится осколок сихоте-алиньского метеорита массой 7,7 кг. Оцените массу никеля в этом метеорите, если процентное содержание железа в нем 93,3%, а никеля – 6%.

Рассчитаем массу никеля в метеорите по формуле:

Ответ: 0,46 кг никеля.

38. Видеокамеры лунного зонда «Клементина» запечатлели поверхность Луны на 11 частотах видимого и инфракрасного диапазона спектра. Съемка на волнах 750 и 950 нм позволила составить карту распределения железа в поверхностных лунных грунтах. Наибольшая концентрация этого металла (до 16% оксида железа (II)) отмечена в морях видимой стороны, наименьшая — в центральных областях обратной стороны. В будущем, для нужд лунного производства, предполагается наладить получение железа на Луне. На Земле одной из наиболее богатых железом горных пород является магнитный железняк, содержащий до 70% железа. Сравните массу лунного грунта, богатого железом, и магнитного железняка, которые необходимо переработать для получения металлического железа массой 1,0 т.

1. Рассчитаем массу магнитного железняка, содержащую 1,0 т железа:

2. Найдем массовую долю железа в лунном грунте.

Рассчитаем массовую долю железа в оксиде железа (II), как отношение относительной атомной массы железа к относительной молекулярной массе оксида железа (II):

Массу железа в лунном грунте можно вычислить по формуле:

Рассчитаем массовую долю железа в лунном грунте:

3. Рассчитаем массу лунного грунта, содержащую 1,0 т железа:

Ответ: 1,4 т магнитного железняка; 7,7 т лунного грунта.

30. В Калужском Государственном музеи истории космонавтики среди образцов минералов, доставленных с поверхности Луны автоматической станцией «Луна-24», представлен оливин. На Земле оливин распространенный силикатный минерал состав которого плавно меняется от Mg₂SiO₄ (фостерит) до Fe₂SiO₄ (фаялит). Рассчитайте массовые доли кислорода в фостерите и фаялите.

Рассчитаем массовую долю кислорода в фостерите и фаялите:

,

40. Фотосфера – единственный на Солнце слой (не считая солнечной атмосферы), где водород существует в форме нейтральных атомов. Рассчитайте давление водорода в нижних слоях фотосферы Солнца, если плотность вещества в ней составляет 510 -4 кг/м 3 , а температура 6000 К.

Запишем уравнение Менделеева-Клапейрона, . Выразив из него давление через плотность:.

Подставим числовые данные

Проверим единицы измерения

Ответ: 2,510 4 Па.

ТЕМА «ОСНОВЫ КОСМОНАВТИКИ»

41. В фантастической повести «Вне Земли», написанной Циолковским в 1896 г, есть такие строки: «… Сейчас на своей ракете мы летаем вокруг Земли на расстоянии 1000 км, делая полный оборот в 100 минут…». Подтвердите расчетами, что корабль, находясь на данной высоте, двигается с указанным периодом.

Спутник движется с постоянной по модулю скоростью по круговой орбите радиусом R+H под действием силы всемирного тяготения, следовательно, по  закону Ньютона , ускорение ракеты, где– период обращения,— масса ракеты,— масса Земли. Получим, откуда. Учитывая, что, получим более рациональную для расчета формулу. После подстановки численных данных найдем, что Т105 мин.

42. Первый искусственный спутник Земли представлял собой шар диаметром 580 мм (Его копию можно увидеть в Калужском государственном музее истории космонавтики им. К.Э. Циолковского). Посчитайте, на каком расстоянии от земного наблюдателя должен был бы двигаться этот спутник, чтобы с его помощью можно было бы хоть мгновение наблюдать полное солнечное затмение? Оцените (очень приблизительно), каков был бы период обращения этого спутника вокруг Земли?

Справочные данные (округлённые): Диаметр Земли 12700 км. Диаметр Солнца 1400000 км. Диаметр Луны 3500 км. Расстояние Земля-Солнце 150000000 км. Расстояние Земля-Луна 380000 км. Звёздный период обращения Луны вокруг Земли 27,3 средних солнечных суток.

Видимый угловой размер спутника должен быть таким как и видимый угловой размер Солнца, т.е. примерно 1/2 углового градуса, поэтому расстояние от наблюдателя до спутника должно быть во столько раз меньше, чем от наблюдателя до Солнца, во сколько раз диаметр спутника меньше диаметра Солнца . Откуда. Следовательно, высота спутника не должна превышать 62 м. На такой высоте слишком велико сопротивление атмосферы, поэтому спутник не сможет сделать ни одного оборота.

43. Одной из достопримечательностей города Калуги является космический корабль «Восток», установленный на возвышении берега Яченского водохранилища. На космических кораблях этой серии для регенерации кислорода, необходимого для дыхания экипажа, использовали надпероксид калия (КО₂), который, взаимодействуя с выдыхаемым космонавтами углекислым газом образует кислород и карбонат калия. На борту космического корабля находится 47,7 кг КО₂. Космонавт в течение часа выдыхает 30 г углекислого газа. Определите, в течение скольких суток будет обеспечиваться на орбите жизнедеятельность экипажа, состоящего из двух человек?

1. Запишем уравнение химической реакции:

2. Из уравнения реакции следует, что 1 моль углекислого газа взаимодействует с 2 моль надпероксида калия.

3. Найдем, какая масса надпероксида калия расходуется за 1 час.

За 1 час два космонавта выдыхают углекислый газ массой или количеством веществаЗначит, согласно уравнению реакции за 1 час расходуется надпероксид калия количеством веществаили массой

4. Время жизнедеятельности экипажа на орбите можно определить как отношение массы надпероксида калия, находящейся на корабле, к его массе, расходуемой экипажем за час.

5. Подставим в полученную формулу числовые значения

Получаем Проверим единицы измерения

Ответ: 246 ч или 10 суток.

Энергия нашего Солнца

Почти вся энергия на Землю, приходит от Солнца. Если бы не оно, Земля была бы холодной и безжизненной. Растения растут, потому что получают необходимую энергию. Солнце ответственно за ветер, и даже ископаемое топливо это энергия нашей звезды, запасенная миллионы лет назад. Но сколько энергии на самом деле, приходит от него?

Как вы, наверное, знаете, в его ядре, температура и давление настолько высоки, что атомы водорода сливаются в атомы гелия.

Излучение Солнца

В результате этой реакции синтеза, звезда производит 386 миллиардов мегаватт. Большая часть излучается в пространство. Вот почему мы видим звезды, которые удалены на десятки и сотни световых лет от Земли. Мощность излучения Солнца равна 1,366 киловатт на квадратный метр. Около 89000 тераватт проходит через атмосферу и достигает поверхности Земли. Получается его энергия на Земле составляет около 89000 тераватт! Просто для сравнения, общее потребление каждого человека составляет 15 тераватт.

Так что Солнце дает в 5900 раз больше энергии, чем люди в настоящее время производят. Нам просто нужно научится использовать ее.

Наиболее эффективный способ использовать излучение нашей звезды это фотоэлементы. Как таковое, это преобразование фотонов в электричество. Но энергия создает ветер, который заставляет работать генераторы. Солнце помогает расти культурам, которые мы используем для производства биотоплива. И, как мы уже говорили, ископаемые виды топлива, такие как нефть и уголь это концентрированное солнечное излучение, собранное растениями в течение миллионов лет.

Похожие статьи

Понравилась запись? Расскажи о ней друзьям!

Какую мощность излучения имеет солнце

Задача по физике — 15737

2023-06-01
Какую мощность излучения имеет Солнце? Излучение Солнца считать близким к излучению абсолютно черного тела. Температура поверхности Солнца $T = 6000 К$. Радиус Солнца принять равным $r_ = 6,95 \cdot 10^ м$.

Мощность $d \Phi_< e>$ излучения малого участка поверхности абсолютно черного тела $dS$ определяется соотношением

где энергетическая светимость абсолютно черного тела $M_^$ определяется законом Стефана-Больцмана

$M_^ = \sigma T^, \sigma = 5,67 \cdot 10^ \frac \cdot К^>$.

Так как температура поверхности Солнца во всех точках одинакова, мощность излучения всей поверхности Солнца площадью $ = 4 \pi r_^$ вычисляется по формуле:

$\Phi_ = M_^S = 4 \pi r_^ \sigma С T^ = 4,46 \cdot 10^ Вт$

Какую мощность излучения имеет солнце

С олнце составляет 99,98% всей энергии нашей планеты (остальная энергия — геотермальная). Солнце состоит из водорода (71%), гелия (27%) и твердой материи (2%). Температура вблизи ядра приблизительно 16 000 000 градусов, а на его поверхности-фотосфере — около 5770 К. Мощность энергии, излучаемой Солнцем, составляет ~63 МВт с каждого квадратного метра его поверхности, всего около 3,72 х 10 20 МВт.

Е диницей измерения потока солнечной энергии в системе СИ является ватт на квадратный метр (Вт/м 2 ). При среднем расстоянии от Земли до Солнца — 150 000 000 км — плотность энергии солнечного излучения, которое достигает атмосферы Земли, составляет в среднем 1,367 КВт/м 2 . Эта величина называется солнечной постоянной. Различные процессы внутри Солнца и на его поверхности (солнечные пятна и вспышки) приводят к флуктуациям этой величины, но они не превышают 0,1%.

Р асстояние от Земли до Солнца изменяется из-за эллиптичности его орбиты Земли, поэтому солнечное излучение в верхней границе атмосферы на 6,6% больше 4 января (когда Земля ближе всего к Солнцу, в перигелии), чем 4 июля (когда Земля наиболее удалена от Солнца, в афелии). Эти даты не совпадают с датами зимнего и летнего солнцестояния потому, что ось вращения Земли наклонена к плоскости эклиптики на 23,5 о .

И з-за большого расстояния между Солнцем и Землей солнечное излучение, которое достигает верхней границы атмосферы, падает в виде почти параллельных лучей. Это излучение включает в себя ультрафиолетовое излучение (УФ), видимый свет и ближнее инфракрасное излучение (БИК). Максимальная интенсивность излучения приходится на диапазон видимого спектра — излучение с длиной волны от 400 до 800 нм. Интенсивность ультрафиолетового и инфракрасного излучения, приходящего от Солнца, очень мала, однако, когда Земля нагревается под действием солнечного излучения, она излучает ближнее и дальнее ИК излучение, которое, в свою очередь, поглощается и отражается газами, частицами и облаками в атмосфере.

П ри прохождении через атмосферу часть солнечного излучения достигает поверхности Земли, а часть рассеивается молекулами газов, аэрозольными частицами, каплями воды и кристаллами льда. Молекулы газов и аэрозоли отвечают за большую часть поглощения излучения. Рассеивание солнечного излучения на каплях воды и кристаллах льда происходит во всем спектральном диапазоне. Молекулы же в основном рассеивают излучение коротких длин волн, а аэрозоли — более длинных.

Рис. 2. Участки спектра излучения. Синим цветом обозначено длинноволновое УФ-излучение, желтым — средневолновое УФ-излучение, белым — видимый свет, кремовым — ближнее инфракрасное излучение и розовым — дальнее инфракрасное излучение. Синяя линия показывает солнечное излучение на земной поверхности, черная — чувствительность человеческого глаза, зеленая — спектральную чувствительность типичного фотоэлемента, красная — чувствительность пиранометра со стеклянным куполом и розовая — чувствительность пиргеометра. Для сравнения все приведено к условному максимуму 1,0.

Э ти процессы в значительной степени влияют на спектр излучения, которое достигает земной поверхности. Когда Солнце находится прямо над головой, оптическая масса атмосферы является минимальной и по определению имеет для этой местности атмосферную массу, равную 1,0. Когда Солнце опускается к горизонту, оптическая масс атмосферы увеличивается приблизительно в 11 раз и ее влияние на поглощение и рассеивание солнечного излучения становится значительно больше.

Н екоторые из этих процессов легко наблюдать. Молекулы атмосферы намного сильнее рассеивают короткие иволны, чем более длинные — рэлеевское рассеивание. Поэтому, когда Солнце находится высоко, небо выглядит синим. Когда же Солнце находится вблизи горизонта, короткие волны, проходя через толстый слой атмосферы, испытывают полное рассеивание, и небо по утрам и вечерам выглядит красным.

В безоблачный день поток солнечной энергии, достигающий земной поверхности в местный полдень, обычно находится в интервале от 700 до 1300 Вт/м 2 в зависимости от широты, долготы, высоты над уровнем моря и времени года.

Н аблюдения за солнечным излучением на земной поверхности ведут в двух диапазонах длин волн: коротковолновом излучении с длиной волны от 300 до 4000 нм и длинноволновом — от 4500 нм (4,5 мкм) до 40 мкм. Коротковолновое излучение включает ультрафиолетовое, видимое, и ближнее, инфракрасное излучение.

Ч асть солнечного излучения, которая достигает земной поверхности, отражается от нее, а другая часть поглощается. Снег и лед имеют высокую отражательную способность (альбедо), темные и/или неровные поверхности — более низкую. Часть излучения, которая поглощается земной поверхносьтю, излучается обратно в атмосферу в ближнем (инфракрасном) диапазоне. Углекислый газ (СО₂), метан (СН₄) и водяной пар (Н₂О) в атмосфере способны поглощать это излучение, нагревая, в свою очередь, земную атмосферу. Это — так называемый «парниковый эффект». В целом же существует равновесие: Земля получает столько же солнечного излучения, сколько излучает обратно в Космос. Иначе Земля нагревалась бы или остывала.