la Meteorologie - Masurarea intensitatii radiatiei solare directe

Referat la Meteorologie - Masurarea intensitatii radiatiei solare directe

Intensitatea radiatiei solare directe reprezinta cantitatea de caldura exprimata in calorii pe care o primeste,in timp de un minut o suprafata egala cu un cm cub dispus perpendicular pe directia razelor deosebita valoric essential de aceea receptionata de aceeasi suprafata,in aceeasi unitate de timp la limita superioara atmosferei,adica corespunzatoare notiuni de constanta solara.

Intensitatea radiatiei solare directe se determina cu ajutorul diferitelor tipuri de pirheliometre si actinometre(radiometre).Astfel la statiile actinometrice si la unele statii meteorologice obisnuite se fac observatii folosind:

-actinometrul termo electric AT-50;

-actinometrul bimetalic Michelson;

-pirheliometrul calorimetric Michelson;

-pirheliometrul cu compensatie electrica tip Angstrom etc.

Dintre acestea cel mai frecvent intalnit la statile actinometrice din Romania este actinometrul termo electric AT-50.

Actinometrul (radiometrul) termo electric AT-50

Functionare actinometrului AT-50 se bazeaza pe principiul producerii unui curent termoelectric prin incalzirea diferentiata sub influenta radiatiilor solare,a tremosudurilor metalice (centrale si periferice) ale unei termobaterii.

Ca alcatuire este un instrument destul de simplu format din doua parti principale:

1.piesa receptoare pentru radiatii (partea sensibila)

2.tubul actinometric.

Ca piesa accesorie,insotitoare este un galvanometru.

1.Piesa receptoare -sensibila este formata dintr-un disc de argint(d) foarte subtire (2 demicroni) prevazut cu un orificiu,innegrit cu negru de fum pe partea expusa spre Soare.De partea inferioara a discului sunt fixate termosudurile interne-centrale(c) ale unei termobaterii.

Termosudurile externe-periferice(p) sunt prinse de un inel(i) de cupru care face corp comun cu tubul actinometric ce are aceeasi temperature cu a mediului in care se afla instrumentul.Termosudurile central fiind sub actiunea directa a radiatilor solare vor avea o temperatura mai ridicata fata de cele periferice.

In consecinta pe seama diferentei de temperature ia nastere un current termo electric.Termobacteria este formata dintr-un numar de 8-36 termoelemente alcatuite din benzi de manganim (aleaj de cupru,mangan,nichel) si constant dispuse in serie si asezate in zig-zag in forma de stea alcatuind asa numita "stea termica" Savinov.

Termosudurile centrale si periferice sunt unite printr-un conductor(e),care iese in afara tubului actinometric printr-un orificiu din spatele capsulei metalice (M) care protejeaza piesa receptoare si termobateria,facand legatura cu un galvometru pe scala caruia este indicata,in unitati relative,intensitatea curentului termoelectric produs sub actiunea radiatiei solare directe de catre bateria termoelectrica.Instrumentul este in asa fel etalonat incat 5 MA de pe scala galvanometrului sunt egali cu o intensitate a radiatiei solare directe.

2.Tubul actinometric are lungimea de 116 mm,de culoare neagra in interior,este prevazut la un capat cu o diafragma,cu deschidere de 20 mm diametru prin care patrunde fasciculul radiativ,limitat in interior de alte 4 diafragme care au rolul de a elimina influenta vantului si ea impiedica reflexia razelor solare.Aceste diafragme sunt din ce in ce mai mici;astfel incat ultima dintre ele ajunge sa aiba un diametru doar de 10mm.Pe partea interioara diafragmele sunt innegrite,pentru ca radiatiile solare sa fie absordite in totalitate,iar pe partea exterioara sunt nichelate.Orientarea actinometrului in directia razelor solare se face folosind dispozitivul de fixare la latitidinea locului(L),iar pentru orientarea pe directia nord,se vizeaza pe directia sagetii trasata pe suportul instrumentului.

Tubul actinometric este acoperit cu un capac care are rolul de a proteja piesa receptoare de praf sau precipitatii sub forma lichida sau solida si a ajuta la stabilirea diviziuni 0 a galvanometrului,capac care se indeparteaza numai in timpul masurarilor.Tubul actinometric se poate roti in jurul axului orizontal si vertical,cu ajutorul suruburilor 1,2.

Actinometrul este fixat pe un suport orizontal care se instaleaza in randul lui pe stativul complexului actinometric,situat,fata de sol,la 1,50 m inaltime,iar la o distanta de 1m se instaleaza galvanometrul.

Operatiile care conduc la determinarea intensitatii radiatiilor solare directe cu ajutorul actinometrului se succeed intr-o anumita ordine.Astfel,aceastea incep prin secunde,a pozitiei 0 a acului galvanometrului.Se continuie apoi prin:

-descoperirea tubului actinometric;

-efectuarea a 3 citiri consecutive,la interval de cate 10 secunde;

-calcularea valorii medii (N) a indicatiilor acului galvanometrului;

-acoperirea din nou a tubului cu capacul;

-citirea pozitiei 0 a acului galvanometrului,care se mediaza cu prima.

Actinometrul AT-50 fiind un instrument relative,rezulta ca,pentru a obtine intensitatea radiatiei solare directe (I) trebuie sa inmultim numarul de diviziuni(N) indicate de acul galvanometrului cu factorul de transformare K adica,

I=NK

In practica,de multe ori este necesar sa se stie care este intensitatea radiatiei solare pe care o primeste o suprafata orizontala.

Actinometrul bimetalic Michelson

Pentru simplitatea alcatuirii si inertia termica redusa a receptorului,actinometrul Michelson a capatat o larga raspandire fiind folosit ca instrument etalon.Deasemenea este usor portabil motiv pentru care se utilizeaza in efectuarea expeditiilor climatice si microclimatice.Actinometrul Michelson construit de catre acesta in anul 1905 are urmatoarele parti componente:

-piesa receptoare;

-microscopul;

-tubul actinometric;

-suportul instrumentului.

Piesa receptoare pentru radiatii este formata dintr- o rama bimetalica(I) cu o grosime de 0,07 mm,o lungime de 13 mm si o latime de 2 mm,confectionata prin laminarea la cald a 2 foite metalice

-una de fier;

-una de invar(otel cu 35%,nichel 0,5%,carbon si 0,5% mangan).

Aceasta lamela pe partea alcatuita din fier este acoperita cu un strat de negru de fum,fixat prin imbibare cu alcool.Expusa radiatiilor solare directe cu partea innegrita,lamela bimetalica se va incalzi si prin urmare se va dilata si se va curba in directia invarului.Pentru ca aceasta deformare sa fie amplificata un capat al lamelei bimetalice este fixat intr-o garnitura metalica iar celalalt se prelungeste cu 2 fire de aluminiu,intre capetele carora se afla un fir de cuart care se proiecteaza intr-o oglinda.Piesa receptoare este protejata de tubul actinometric.Tubul actinometric confectionat din cupru,innegrit cu negru de fum in interior,are caldura specifica si coeficientul de conductibilatate termica mult mai mare al lamelei bimetalice.Corpul instrumentului este nichelat,reflectand in totalitate radiatiile solare si este fixat pe un trepied prevazut cu 2 suruburi micrometrice pentru rotirea instrumentului in plan orizontal si vertical.Instrumentul mai poseda si un cerc gradat vertical pentru masurarea inaltimii Soarelui deasupra orizontului.De asemenea,trepiedul este prevazut cu o nivela pentru orizontalizare.

La unul din capetele tubului actinometric este fixata piesa receptoare,iar la celalalt microscopul(M).La partea superioara carcasa tubului actinometric are 2 deschideri-una mai mare de 6*5mm(O),pentru patrunderea razelor solare si alta mai mica (v),pentru luminarea oglinzii,in care se formeaza imaginea firului de quart.Determinarile efectuate cu actinometrul bimetalic Michelson constatau in observarea deplasarii firului de cuart,ca urmare a deformarii lamei bimetalice sub influenta radiatiei solare directe.De aceea,sunt necesare citiri ale pozitiei firului de quart,atat cu piesa receptoare ecranata,cat si expusa radiatiei solare directe.Pentru obtinerea unui regim stationar se procedeaza la inchiderea si deschiderea alternativa a orificiului receptor al actinometrului la interval de 30 de secunde.

Actinometrul bimetalic Michelson este un instrument relativ.De aceea,pentru a afla intensitatea radiatiei solare directe in valori absolute,valorile citite pe scara micrometrica,trebuie inmultite cu un factor de transformare.

Numarul de diviziuni N cu care deviaza firul de cuart in fata scarii micrometrice este direct proportional cu diferenta dintre temperatura lamei bimetalice (T) si temperature carcasei metalice a tubului de protective(T),care este egala cu aceea a lamei bimetalice umbrite,adica o constant ace depinde de constructia instrumentului.In acelasi timp,valoarea lui N este proportional cu intensitatea radiatiei solare directe(I),cu coeficientul de absorbtie al lamelei bimetalice(a) si cu suprafata acesteia.

Asadar intensitatea radiatiei solare directe este un coeficient de transformare obtinut din raportul calculate pentru fiecare instrument in parte.

Bibliografie:

Meteorologie si Climatologie practica