ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ ΣΤΗΝ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ PDF

ΜΕΤΑΔΟΣΗ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΜΕ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ Η ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ ΣΤΗΝ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ ΣΤΗΝ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ  Ηλιακή Ακτινοβολία Ο Ήλιος αποτελεί την πιο σημαντική & στην ουσία τη μοναδική πηγή ενέργειας του πλανήτη. η ατμόσφαιρα θερμαίνεται έμμεσα από την επιφάνεια της Γη...

ΜΕΤΑΔΟΣΗ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΜΕ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ Η ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ ΣΤΗΝ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ ΣΤΗΝ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ  Ηλιακή Ακτινοβολία Ο Ήλιος αποτελεί την πιο σημαντική & στην ουσία τη μοναδική πηγή ενέργειας του πλανήτη. η ατμόσφαιρα θερμαίνεται έμμεσα από την επιφάνεια της Γης παρά άμεσα από τον Ήλιο καθώς απορροφά μόλις το 21% της εισερχόμενης ακτινοβολίας Η ηλιακή ακτινοβολία: Διαμορφώνει το κλίμα της Γης Είναι υπεύθυνη για τη Γενική Κυκλοφορία της Ατμόσφαιρας Δημιουργεί οπτικά φαινόμενα (π.χ. το γαλάζιο χρώμα του ουρανού) Εξατμίζει μεγάλες μάζες νερού Τα φυτά αφομοιώνουν το 3% αυτής μέσω της διαδικασίας της φωτοσύνθεσης Η ακριβής μέτρηση της ηλιακής ακτινοβολίας είναι σημαντική για: ✓ Κλιματολογία (κλιματικά μοντέλα) ✓ Μετεωρολογία ✓ Φυσική Περιβάλλοντος ✓ Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας ✓ Οικολογία Τι σχέση έχει η ηλιακή ακτινοβολία με το κλίμα; Ο Ήλιος μας στέλνει ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία στο υπεριώδες, ορατό και υπέρυθρο (εγγύς υπέρυθρο) Το μεγαλύτερο μέρος της το κρατάμε (απορρόφηση από την επιφάνεια του εδάφους), ενώ ένα μικρό μέρος της το ανακλούμε Το απορροφώμενο μέρος μετασχηματίζεται σε υπέρυθρη ακτινοβολία και επανεκπέμπεται Αυτή η διεργασία καθορίζει και την θερμοκρασία του πλανήτη μας, την δημιογία των ανέμων, τον καιρό, και φυσικά το κλίμα  Ηλιακή Ακτινοβολία Ο Ήλιος είναι ένα από τα 1011 αστέρια του γαλαξία μας & ο πλησιέστερος σε εμάς αστέρας. Είναι μια σχεδόν τέλεια σφαίρα με διάμετρο 1,4 εκατομμύρια χιλιόμετρα (109 φορές μεγαλύτερη από της Γης), και η μάζα του (2×1030 kg) αποτελεί το 99,86% της μάζας του ηλιακού συστήματος. Ο Ήλιος παρουσιάζει ανομοιογενή κατανομή θερμοκρασίας με πολύ διαφορετικές θερμοκρασίες στα διάφορα στρώματά του (από ̴14x106 βαθμούς στον πυρήνα του, έως μερικές χιλιάδες ή εκατομμύρια βαθμούς στο εξωτερικό του, Πηγή: https://en.wikipedia.org/?title=Sun φωτόσφαιρα και χρωμόσφαιρα-στέμμα, αντίστοιχα) Η θερμοκρασία του Ήλιου στην επιφάνεια του (φωτόσφαιρα) είναι περίπου 5800 Κ Ηλιακή ακτινοβολία: προέρχεται κυρίως από τη φωτόσφαιρα Η ενέργεια του Ήλιου εκπέμπεται και διαδίδεται στο χώρο με τη μορφή ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας Α. Πυρήνας του ήλιου: Ο πυρήνας βρίσκεται στο κέντρο της ηλιακής σφαίρας και έχει διάμετρο περίπου 175.000 χλμ. Στην περιοχή του κέντρου του η πυκνότητα της ηλιακής ύλης είναι 70 φορές μεγαλύτερη του ύδατος ενώ η πίεση φθάνει τις 2 Χ 1011 ατμόσφαιρες (atm). Κάτω από τέτοιες συνθήκες και με θερμοκρασία 14 Χ 106 βαθμούς, τα άτομα των στοιχείων βρίσκονται σε ιονισμένη κατάσταση και τόσο συμπιεσμένα, ώστε η ύλη του ηλιακού πυρήνα αν και αεριώδης είναι περισσότερο συνεκτική και από τα στερεά. Β. Φωτόσφαιρα: Πάνω ακριβώς από τον ηλιακό πυρήνα υπάρχει στιβάδα πάχους 400 χλμ. η οποία και φθάνει μέχρι την επιφάνεια. Η στιβάδα αυτή της ηλιακής σφαίρας από την οποία και προέρχεται όλη η ακτινοβολούμενη ηλιακή ενέργεια, δηλαδή η θερμότητα και το φως ονομάστηκε φωτόσφαιρα. Συνεπώς ο παρατηρούμενος κάθε φορά δίσκος του Ηλίου αντιστοιχεί στη φωτόσφαιρα. Γ. Χρωμόσφαιρα – Ηλιακό Στέμμα Πάνω από την φωτόσφαιρα υπάρχει ηλιακή ύλη και μάλιστα σε στρώμα μεγάλου πάχους. Αυτό ονομάζεται ηλιακή ατμόσφαιρα ή ατμόσφαιρα Ηλίου. Η ηλιακή ατμόσφαιρα διακρίνεται σε δύο επιμέρους στιβάδες: χρωμόσφαιρα, πάνω από την φωτόσφαιρα : Το ύψος της φθάνει περί τα 15.000 χλμ., ενώ η θερμοκρασία της ανέρχεται στους 100.000° Κ. Παρουσιάζει έντονο ρόδινο χρώμα, εξ ου και έλαβε το όνομα χρωμόσφαιρα. Ηλιακό στέμμα : πάνω από την χρωμόσφαιρα, τα όρια του φθάνουν σε απόσταση πέντε ηλιακών ακτίνων. Η θερμοκρασία του στέμματος ανέρχεται περίπου στο 1,5 εκατομμύριο βαθμούς. Τα 9/10 της ηλιακής μάζας αντιστοιχούν στο πυρήνα και μόνο το 1/10 στη φωτόσφαιρα και την ατμόσφαιρα του Ηλίου. Χαρακτηριστικά στoιχεία τoυ ήλιoυ Μέση απόσταση του ήλιου από τη γη: 149.000.000 km Διαφορά απόστασης του ήλιου από τη γη μεταξύ Ιανουαρίου και Ιουλίου: 4.980.000 km. Διάμετρος του ήλιου: περίπου 1.392.000 km, Επιφάνεια του ήλιου: 6.087x1012 km2 Όγκος του ήλιου: 1.412x1018 km3 Μάζα του ήλιου : 1.99x1030 kg Μέση πυκνότητα του ήλιου: 0.253 της μέσης πυκνότητας της γης και 1.41 φορές την πυκνότητα του νερού Ένταση του μαγνητικού πεδίου του ήλιου: 10-4 Tesla Ηλικία του ήλιου: 5 δισεκατoμμύρια χρόνια Ταχύτητα περιφοράς της γης γύρω από τον ήλιο: 30 km/s Θερμοπυρηνική σύντηξη στο εσωτερικό του: Θερμοκρασία ισορροπίας στην επιφάνεια του ήλιου: 5.776 Κ Θερμοκρασία στο εσωτερικό του ήλιου: 14.000.000 Κ Εκπομπή από 1 cm2 ηλιακής επιφάνειας ανά δευτερόλεπτο (κατά Stefan Boltzman ): 1490 cal = περίπου 6.3 kJ Ολική εκπεμπόμενη ενέργεια ανά δευτερόλεπτο: 3.76x1023 kW  Ηλιακή Ακτινοβολία ▪ Η ηλιακή ακτινοβολία είναι ηλεκτρομαγνητικό κύμα Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα διαδίδονται στο χώρο και μεταφέρουν ηλεκτρική και μαγνητική ενέργεια με την ταχύτητα του φωτός Πηγή: http://www.geog.ucsb.edu/~joel/g110_w08/lecture_notes/radiation/agburt02_05.gif Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα χαρακτηρίζονται από: μήκος κύματος (λ) συχνότητα (ν) ταχύτητα (c) *Υπενθυμίζεται πως στο κενό η ταχύτητα είναι γνωστή ως ταχύτητα του φωτός και ισούται με: Co = 300.000 km / sec  Ηλιακό Φάσμα Υπεριώδης Ακτινοβολία – Ultra Violet (0.2-0.45 μm) Ορατό - Visible (0.45-0.75 μm) Εγγύς (κοντινό) υπέρυθρο ή Ηλιακή θερμική ακτινοβολία – near infrared (0.75-4 μm)  ΟΡΑΤΟ ΦΩΣ Είναι το μέρος εκείνο της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας που ανιχνεύει ο ανθρώπινος οφθαλμός. Το μήκος κύματος του ορατού φωτός κυμαίνεται από 0.45 μm έως 0.75 μm. Εγγύς Υπέρυθρο : Πάνω από 0.75μm (μη ορατό) Ερυθρό : 0.75-0.62μm Πορτοκαλί : 0.62-0.59μm Κίτρινο : 0.59-0.57μm Πράσινο : 0.57-0.50μm Κυανό : 0.50-0.46μm Ιώδες : 0.46-0.40μm  Νόμοι της Ακτινοβολίας Ροή ακτινοβολίας (Radiant flux) F(λ): το ποσό της ενέργειας dQ(λ) ακτινοβολίας μήκους κύματος dλ η οποία διέρχεται από μία επιφάνεια dS σε χρόνο dt, από όλες τις διευθύνσεις dQ(  ) F(  ) = dt  dS  d Μονάδες μέτρησης: W / m2 μm Ολοφασματική (Ολική) Ροή ακτινοβολίας F: η ροή ακτινοβολίας που που προσπίπτει σε μια μοναδιαία επιφάνεια απ’ όλα τα μήκη κύματος στην μονάδα του χρόνου. Υπολογίζεται αν ολοκληρώσουμε σε όλα τα μήκη κύματος F =  F(  ) d Μονάδες μέτρησης: W / m2   Νόμοι της Ακτινοβολίας Μέλαν σώμα (Blackbody): Μέλαν σώμα ορίζεται ένα ιδανικό σώμα που απορροφά όλη την ποσότητα ακτινοβολίας που δέχεται για όλα τα μήκη κύματος και για όλες τις γωνίες πρόσπτωσης της ακτινοβολίας. Δεν ανακλά-διαχέει, δεν αφήνει να περάσει κανένα μήκος κύματος. ▪ Το μέλαν σώμα απορροφά πλήρως την ακτινοβολία όλων των μηκών κύματος Τα πραγματικά σώματα : Απορροφούν μέρος της ακτινοβολίας που προσπίπτουν σε αυτά Εκπέμπουν μικρότερη ακτινοβολία σε σχέση με το μέλαν σώμα ίδιας θερμοκρασίας Θερμική εκπμπή : ∆ιαδικασία με την οποία ένα μέρος από την εσωτερική ενέργεια υλικού μετατρέπεται σε ΗΜ ακτινοβολία Πηγή: http://apollo.lsc.vsc.edu/classes/met130/ ▪ Ο Ήλιος θεωρούμε ότι συμπεριφέρεται ως ΄μέλαν σώμα’  Νόμοι της Ακτινοβολίας Ο Νόμος του Planck : περιγράφει την ακτινοβολία μέλανος σώματος για κάθε περιοχή συχνοτήτων H φασματική κατανομή πυκνότητας ακτινοβολίας που εκπέμπεται σε ένα συγκεκριμένο μήκος κύματος (λ) από ένα μέλαν σώμα θερμοκρασίας Τ δίνεται από την παρακάτω σχέση: 2hc 2 1 F (T ) = hc ( kT )  5 e −1 λ = μήκος κύματος (m) Τ = θερμοκρασία (ºΚ) c = 3 x 108 m/s, η ταχύτητα του φωτός k = 1.381 x 10-23 J/K, η σταθερά του Boltzmann h = 6.626 x 10-34 Js, η σταθερά του Planck  Νόμοι της Ακτινοβολίας Φασματική κατανομή της πυκνότητας ακτινοβολίας μέλανος σώματος σε διάφορες θερμοκρασίες Πηγή: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/bbrc.html Ο Ήλιος εκπέμπει σαν μέλαν σώμα περίπου στους 6000 Κ  Νόμοι της Ακτινοβολίας Ο Νόμος του Wein Τα περισσότερα σώματα εκπέμπουν ακτινοβολία σε όλα τα μήκη κύματος. Όμως, υπάρχει ένα μήκος κύματος το οποίο αντιστοιχεί στο μέγιστο της εκπεμπόμενης ισχύος, Το γινόμενου αυτού του μήκους κύματος και της απόλυτης Θερμοκρασίας του σώματος είναι σταθερό:Σε αυτό το μήκος κύματος θεωρούμε ότι το φάσμα ακτινοβολίας του προσεγγίζει αυτό του μέλανος σώματος. λmax Τ(οΚ) = 2.9*10-3m°K Πηγή: http://scienceblogs.com/startswithabang/2012/10/24/what-is-the-sun-made-out-of/ Ήλιος (Τ = ̴ 6000 Κ): μέγιστο στα 0.480 μm (ορατή περιοχή του φάσματος => μικρού μήκους κύματος ακτινοβολία λ < 0.4 μm) Γη (Τ = ̴ 288 Κ): μέγιστο στα 10 - 12 μm (θερμικό υπέρυθρο => μεγάλου μήκους κύματος ακτινοβολία λ > 0.4 μm)  Το φάσμα ακτινοβολίας του ήλιου προσεγγίζει εκείνο του μέλανος σώματος σε θερμοκρασία κοντά στους 6000 K με κυρίαρχο μήκος κύματος του 0.48 μm (πράσινο - μικρό μήκος κύματος- shortwave) Το φάσμα ακτινοβολίας της Γης προσεγγίζει εκείνο του μέλανος σώματος σε θερμοκρασία κοντά στους 300 K με κύριο μήκος κύματος 10 μm (μεγάλο μήκος κύματος-longwave).  ΝΟΜΟΣ WIEN Η ΝΟΜΟΣ ΤΗΣ ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗΣ Συνδέει την απόλυτη θερμοκρασία του σώματος με το λmax, το μήκος κύματος στο οποίο το σώμα εκπέμπει την μέγιστη ισχύ ακτινοβολίας, δηλ. προσεγγίζει την συμπεριφορά του μέλανος σώματος. Τα δύο μεγέθη είναι αντιστρόφως ανάλογα Όταν το σώμα είναι ψυχρό τότε το λmax έχει μεγάλες τιμές (υπέρυθρο) Όταν το σώμα αποκτά μεγαλύτερη θερμοκρασία τότε το λmax μικραίνει (ορατό-ερυθρό) Όταν το σώμα θερμαίνεται περισσότερο τότε το λmax μικραίνει περισσότερο, μετακινείται προς το ιώδες. (Στον αστερισμό του Ωρίωνα ο Betelgeuse φαίνεται (τηλεσκόπιο) κοκκινωπός (red supergiant star), ενώ ο Rigel γαλαζωπός (blue supergiant star). Δεδομένου ότι το κόκκινο αντιστοιχεί σε μεγαλύτερο μήκος κύματος από το γαλάζιο, χρησιμοποιώντας το νόμο Wien συμπεραίνουμε ότι η θερμοκρασία του Rigel είναι μεγαλύτερη από την θερμοκρασία του Betelgeuse).  Νόμοι της Ακτινοβολίας Ο Νόμος των Stefan-Boltzman Το συνολικό ποσό ακτινοβολίας που εκπέμπεται από ένα σώμα εξαρτάται από τη θερμοκρασία του: Ε = σε Τ4 Ε = η ακτινοβολία που εκπέμπεται από ένα σώμα (Watts / m2) σ = 5.67 x 10-8 Watts m-2 K-4 η σταθερά των Stefan-Boltzman ε = η εκπεμπτικότητα ή συντελεστής εκπομπής (emissivity) του υλικού Τ = η θερμοκρασία του σώματος σε °Κ Πηγή: http://frontiersofsci.org/?q=node/49 Όσο πιο θερμό είναι ένα σώμα τόσο περισσότερο ακτινοβολεί  ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΗΣ ΕΚΠΟΜΠΗΣ (Emissivity) Ένα οποιοδήποτε σώμα, σε κάποια μη μηδενική θερμοκρασία, εκπέμπει ακτινοβολία. Αν είναι τέλειο μέλαν σώμα, ο συντελεστής εκπομπής του θα είναι ίσος με την μονάδα. Για κάθε πραγματικό σώμα όμως ο συντελεστής εκπομπής είναι μικρότερος από την μονάδα. Ως συντελεστής εκπομπής ενός σώματος ορίζεται ο λόγος της ακτινοβολούμενης ενέργειας από το σώμα σε σχέση με την ακτινοβολούμενη ενέργεια ενός μελανού σώματος που βρίσκεται στην ίδια θερμοκρασία. Ο συντελεστής εκπομπής ενός πραγματικού σώματος μεταβάλλεται με την θερμοκρασία, και το εξεταζόμενο μήκος κύματος. Για ένα σώμα που εκπέμπει και απορροφά θερμική ακτινοβολία σε θερμοδυναμική ισορροπία, η ικανότητα εκπομπής είναι ίση με την απορροφητικότητα.  O Νόμος του Kirchhoff Όταν ένα σώμα βρίσκεται σε θερμοδυναμική ισορροπία, τότε ο λόγος της έντασης εκπομπής Ιλ προς τον συντελεστή απορρόφησης aλ δεν εξαρτάται από τη φύση του υλικού. Εξαρτάται μόνο από τη θερμοκρασία του υλικού (Τ) και το μήκος κύματος (λ). Δηλ. I   (  ) = f ( , T ) Για το μέλαν σώμα, για κάθε μήκος κύματος λ ισχύει:  ( ) = 1 Για πραγματικό σώμα ισχύει:  ( )  1 Αφού το σώμα βρίσκεται σε θερμοδυναμική ισορροπία => την ενέργεια που απορροφά θα την εκπέμψει =>  ( ) =  ( ) Νόμος του Kirchhoff  Ηλιακή Ακτινοβολία – Ηλιακή Σταθερά Στη Γη φθάνει πολύ μικρό τμήμα της συνολικά εκπεμπόμενης ενέργειας από τον Ήλιο Πηγή: http://laser.physics.sunysb.edu/~thomas/report1/lens_report.html Ορίζεται ως Ηλιακή Σταθερά (προσπίπτουσα ακτινοβολία στο όριο της ατμόσφαιρας) : η συνολική ηλιακή ενέργεια που διέρχεται από τη μονάδα επιφάνειας τοποθετημένη κάθετα στις ακτίνες του ηλίου στη μονάδα του χρόνου και σε απόσταση από τον ήλιο ίση με 1 αστρονομική μονάδα (1 AU = 149.5x106 km) (μέση απόσταση ηλίου-γης) Στην ουσία αντιπροσωπεύει το ποσό ενέργειας που έχει στη διάθεση του ο πλανήτης Ηλιακή σταθερά: Η μέση τιμή της Ηλιακής Σταθερά βάσει σύγχρονων δορυφορικών παρατηρήσεων εκτιμάται 1366.25 ± 0.71 Wm-2  Ηλιακή Ακτινοβολία – Ηλιακή Σταθερά Ένας γρήγορος υπολογισμός της ηλιακής σταθεράς : η ολική εκπεμπόμενη ισχύς ηλιακής ακτινοβολίας για ακτίνα του ήλιου Rs=6.955*108m, για ικανότητα εκπομπής Ήλιου: 1, και για θερμοκρασία φωτόσφαιρας Ήλιου: 6.000°Κ σ = 5.67 x 10-8 Watts m-2 K-4 η σταθερά των Stefan-Boltzman P = ε σ Τ4 (4πRs2) = 3.91*1026 W H ισχύς στην μέση απόσταση γης-ηλίου (1 AU-R0) : I0 = P/4πR02 = 1370 W/m2 Rd (η ηλιακή σταθερά) Rs ΗΛΙΑΚΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ Άμεση ηλιακή ακτινοβολία - Beam Solar Radiation (Gb) : είναι η ακτινοβολία που προσπίπτει άμεσα στην επιφάνεια του εδάφους χωρίς να έχει υποστεί σκέδαση. Μετράται σε επιφάνεια κάθετη στην προσπίπτουσα ακτινοβολία. Όταν ο ουρανός είναι καθαρός, περίπου το 80% της ακτινοβολίας που φτάνει στο έδαφος είναι άμεση. Διάχυτη ηλιακή ακτινοβολία - Diffuse Solar Radiation (Gd) : η ακτινοβολία που έχει υποστεί σκέδαση στην ατμόσφαιρα. Μετράται σε οριζόντια επιφάνεια. Σε συννεφιασμένες ημέρες, σχεδόν όλη η ηλιακή ακτινοβολία που φτάνει στο έδαφος είναι διάχυτη. Σε ημέρες με καθαρό ουρανό σχεδόν το 15-20% της ακτινοβολίας που φτάνει στο έδαφος είναι διάχυτη. Ολική ηλιακή ακτινοβολία - Global Solar Radiation (G) : το άθροισμα άμεσης και διάχυτης. Μετράται σε οριζόντιο επίπεδο. (G = Gb + Gd)  Η ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ ΤΗΣ ΓΗΣ Το πάχος της ατμόσφαιρας της Γης είναι περίπου 100 Km Ορισμός: Το αεριώδες στρώμα που περιβάλλει την γη και συμμετέχει στις κινήσεις της. Συγκρατείται λόγω της βαρύτητας και περιστρέφεται με την γη. Η σχετική κίνησή της ως προς την γη, μεταφέρει ενέργεια από περιοχές με πλεόνασμα (τροπικούς) σε περιοχές με έλλειμμα (πόλους)  Η ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ ΤΗΣ ΓΗΣ μάζα = 10-6 της μάζας του πλανήτη Χαρακτηριστικά πυκνότητα = 10-3 της πυκνότητας των πετρωμάτων πάχος = 10-1 της ακτίνας της γης (RΓ = 6.367 km) ❑ Το 98% του ατμοσφαιρικού αέρα βρίσκεται στα πρώτα 30 Km 30 km / 6400 km = 0.5% της ακτίνας της Γης ▪ Τα καιρικά φαινόμενα αλλά και πλήθος άλλων διεργασιών (π.χ. θερμοδυναμικές, φυσικές, χημικές, …) λαμβάνουν χώρα μέσα σ’ αυτό το στρώμα (30 km) ▪ ενώ στον πυθμένα αυτού του στρώματος ζουν πλήθος οργανισμών  ΣΥΣΤΑΣΗ ΤΗΣ ΓΗΙΝΗΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑΣ Ξηρός αέρας Υδρατμοί Ατμοσφαιρικά αιωρήματα  ΣΥΣΤΑΣΗ ΤΗΣ ΓΗΙΝΗΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑΣ Συστατικό Σύμβολο Μοριακό βάρος (%) κατ΄ όγκο ppm Άζωτο Ν2 28 78.08 780840 Οξυγόνο O2 32 20.95 209460 Αργό Ar 40 0.93 9340 Διοξείδιο του άνθρακα * CO2 44 0.035 350 Νέο Ne 20 1.8 x 10-3 18 Ήλιο He 4 5.2 x 10-4 5.2 Μεθάνιο * CH4 16 1.4 x 10-4 1.4 Κρυπτό Kr 84 1.0 x 10-4 1.0 Οξείδια Αζώτου * NOx 44 5.0 x 10-5 0.5 Αμμωνία ΝΗ3 17 10-4- 10-3 Μονοξείδιο του Άνθρακα CO 28 0.18 Διοξείδιο του Θείου SO2 64 10-5- 10-4 Υδροφθοροχλωράνθρακες CFCs Υδρογόνο H2 2 5.0 x 10-5 0.5 Όζον* O3 48 3.0 x 10-6 0.03 Ξένον Xe 131 9.0 x 10-6 0.09 Υδρατμοί * Η2Ο 18 1-3 Αερολύματα Αιωρούμενα στερεά και υγρά σωματίδια (aerosols) ΑΖΩΤΟ (Ν2) Αδρανές αέριο, χρησιμεύει κυρίως, όπως και το ευγενές αέριο Aργό για την αραίωση του Οξυγόνου. OΞΥΓΟΝΟ (Ο2) Το οξυγόνο αποτελεί σημαντικό τμήμα της ατμόσφαιρας της Γης και είναι απαραίτητο για τη διατήρηση του μεγαλύτερου μέρους της γήινης ζωής, καθώς χρησιμοποιείται από την αναπνοή.  ΣΥΣΤΑΣΗ ΤΗΣ ΓΗΙΝΗΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑΣ: CO2 Αέριο Θερμοκηπίου Συγκέντρωση του CO2 στην Σημερινά επίπεδα CO2: 379 ppm ! προβιομηχανική εποχή: 280 ppm Πηγές : α. η αναπνοή των έμβιων όντων β. οι καύσεις της οργανικής ύλης Καταβόθρες: φώς α. Φωτοσύνθεση 6CO2 + 12H2O C6H12O6 + 6H2O + 6O2 χλωροφύλλη β. Διάλυση στους ωκεανούς Υδρατμοί Προέρχονται από την εξάτμιση των φυσικών υδρο-συλλογών στην επιφάνεια του εδάφους και από την διαπνοή των φυτών η ποσότητά τους μειώνεται ταχύτατα με το ύψος e(z)=e(0) * 10-z/c Όπου: e(z) : η τάση υδρατμών στο ύψος z e(0) : η τάση υδρατμών στην επιφάνεια του εδάφους c= 5000 m Ατμοσφαιρικά Αιωρήματα (Aerosols) A. Μέγεθος 1. Πυρήνες Aitken (διάμετρος1.0 μm) Β. Προέλευση 1. Κονιορτός 2. χημικές ενώσεις 3. οργανικά αιωρήματα Κονιορτοί 1. Αιωρήματα εδαφικής προέλευσης 2. Στάχτη, σποδός και αιθάλη 3. Διαπλανητική σκόνη 4. Μόρια χλωριούχου νατρίου Χημικές Ενώσεις 1. Από φυσικές διεργασίες 2. Από καύσεις και ανθρωπογενείς δραστηριότητες Οργανικά αιωρήματα μύκητες, γύρις, έντομα, μικρο-οργανισμοί ΚΑΤΑΚΟΡΥΦΗ ΔΟΜΗ ΤΗΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑΣ ΜΕ ΒΑΣΗ ΤΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΤΟΥ ΑΕΡΑ ΚΑΤΑΚΟΡΥΦΗ ΔΟΜΗ ΤΗΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑΣ ΜΕ ΒΑΣΗ ΤΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΤΟΥ ΑΕΡΑ Τροπόσφαιρα ▪ Αποτελεί την κατώτερη περιοχή της ατμόσφαιρας και εκτείνεται από το έδαφος μέχρι το ύψος 12 ± 4 Km πολικές περιοχές: 7 – 8 Km μέσα γεωγραφικά πλάτη (εύκρατες περιοχές): 11 – 12 Km ισημερινές περιοχές: 16 – 17 Km ▪ Περιέχεται σε αυτήν σχεδόν το 80% του ατμοσφαιρικού αέρα ▪ Είναι το της στρώμα της ατμόσφαιρας που δέχεται τη επίδραση της τριβής από την επιφάνεια της Γης => σημαντικές μεταβολές ακόμη και σε ημερήσια βάση, της ατμοσφαιρικής κυκλοφορίας ▪ Το σύνολο σχεδόν των φυσικών, θερμοδυναμικών & μετεωρολογικών φαινομένων συμβαίνουν στην τροπόσφαιρα ΚΑΤΑΚΟΡΥΦΗ ΔΟΜΗ ΤΗΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑΣ ΜΕ ΒΑΣΗ ΤΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΤΟΥ ΑΕΡΑ Τροπόσφαιρα ▪ Η Θερμοκρασία μειώνεται σημαντικά με τα ύψος στην Τροπόσφαιρα Θερμοβαθμίδα (γ): εκφράζει το ρυθμό μεταβολής της Θερμοκρασίας με το Ύψος και ορίζεται σαν η ελάττωση της θερμοκρασίας του ατμοσφαιρικού αέρα ανά μονάδα ύψους. Εκφράζεται σε °C/100 m ή °C/1 km   =− z Στην Τροπόσφαιρα η τιμή του γ κατά μέσο όρο είναι: 0.65°C/100 m ή 6.5°C/1 km ▪ Συχνά εμφανίζεται το φαινόμενο της Θερμοκρασιακής Αναστροφής  Κατακόρυφη Μεταβολή της Θερμοκρασίας ▪ Γνωρίζοντας την τιμή της κατακόρυφης θερμοβαθμίδας γ και την τιμή της θερμοκρασίας Το σ’ ένα ύψος zo, μπορούμε να υπολογίσουμε τη θερμοκρασία Τα σ’ ένα ύψος z  T z  =−   dT = −  dz  z To zo  T = To −  (z − zo ) ΚΑΤΑΚΟΡΥΦΗ ΔΟΜΗ ΤΗΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑΣ ΜΕ ΒΑΣΗ ΤΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΤΟΥ ΑΕΡΑ Τροπόσφαιρα: τροπόπαυση ▪ Σε γεωγραφικά πλάτη 30°-40° η τροπόπαυση παρουσιάζει μια διακοπή κατά την διάρκεια όλων των μηνών, με συνέπεια την παρουσία τροπικής και πολικής τροπόπαυσης ▪ Η τροπική τροπόπαυση εκτείνεται μέχρι το γεωγραφικό πλάτος των 35ο-40ο , ενώ πολλές φορές εκτείνεται μέχρι το γεωγραφικό πλάτος των 45ο => επικάλυψη της τροπικής & πολικής τροπόπαυσης σε μήκος 5ο με 10ο ▪ Ύψος τροπόπαυσης: πολικές περιοχές: 7 – 8 Km ± (0 – 4) Km διακυμάνσεις => μέσα γεωγραφικά πλάτη: 11 – 12 Km τροπικές περιοχές: 16 – 17 Km ΚΑΤΑΚΟΡΥΦΗ ΔΟΜΗ ΤΗΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑΣ ΜΕ ΒΑΣΗ ΤΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΤΟΥ ΑΕΡΑ Τροπόσφαιρα: τροπόπαυση ▪ Οι διακυμάνσεις αυτές οφείλονται στην: o επικράτηση διαφόρων βαρομετρικών συστημάτων ▪ θερμοκρασία τροπόπαυσης: πολικές περιοχές: ~ -45 oC μέσα γεωγραφικά πλάτη: -55 oC – -60 oC τροπικές περιοχές: -70 oC – -80 oC Τροπόσφαιρα Η κατώτατη ατμοσφαιρική περιοχή στην οποία η θερμοκρασία ελαττώνεται σχεδόν γραμμικά με το ύψος μέχρι ένα επίπεδο που ονομάζεται τροπόπαυση. Το μέσο ύψος της τροπόπαυσης είναι 10-12 km (μικρότερη στους πόλους και μεγαλύτερη στον ισημερινό). Εξελίσσονται όλες οι διεργασίες που δημιουργούν τον καιρό ενώ συντελούνται οι ανθρώπινες δραστηριότητες Σταθερή ελάττωση της θερμοκρασίας από 15⁰C σε -55⁰C. Θερμοβαθμίδα (dT/dz) 6.5⁰C/km και οδηγεί σε μέσες θερμοκρασίες τροπόπαυσης μεταξύ 190 Κ (στον ισημερινό) και 220 Κ (στους πόλους). Συγκεντρωμένοι σχεδόν όλοι οι υδρατμοί της ατμόσφαιρας (η σχετική αναλογία μειώνεται με το ύψος λόγω υδροσυμπύκνωσης και δημιουργίας των νεφών) Aτμοσφαιρικό Οριακό Στρώμα (ΑΟΣ): κατώτερο στρώμα της τροποσφαιρας μέχρι τα 1500 m ΚΑΤΑΚΟΡΥΦΗ ΔΟΜΗ ΤΗΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑΣ ΜΕ ΒΑΣΗ ΤΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΤΟΥ ΑΕΡΑ Στρατόσφαιρα ▪ Είναι η περιοχή της ατμόσφαιρας που εκτείνεται από την τροπόπαυση μέχρι το ύψος των 50-55 Km ▪ μέσα σε αυτή η θερμοκρασία αρχικά παραμένει σταθερή και στη συνέχεια αυξάνει με το ύψος και ▪ στην κατώτερη στρατόσφαιρα (μέχρι το ύψος των 35 Km) η θερμοκρασία δεν μεταβάλλεται σημαντικά με το ύψος ▪ χαρακτηρίζεται από αξιοσημείωτη ευστάθεια ▪ ▪ ΚΑΤΑΚΟΡΥΦΗ ΔΟΜΗ ΤΗΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑΣ ΜΕ ΒΑΣΗ ΤΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΤΟΥ ΑΕΡΑ Στρατόσφαιρα ▪ Άλλο κύριο χαρακτηριστικό της κατώτερης στρατόσφαιρας είναι οι σχετικά χαμηλές θερμοκρασίες => μικρές ποσότητες υδρατμών => είναι μια εξαιρετικά ξηρή περιοχή ▪ Πάνω από το ύψος των 35 Km (ανώτερη στρατόσφαιρα) η θερμοκρασία αυξάνει και φτάνει τους 15oC στο ύψος των 50-55 Km ▪ η αύξηση της θερμοκρασίας οφείλεται στο στρώμα του όζοντος (Ο3) το οποίο απορροφά την ηλιακή ακτινοβολία στα μήκη κύματος μεταξύ 200 & 300 nm (υπεριώδης ακτινοβολία) ▪ Στρατόπαυση: ▪ Είναι η κορυφή της στρατόσφαιρας (η μεταβατική περιοχή από την στρατόσφαιρα και το αμέσως υπερκείμενο στρώμα αέρα) και βρίσκεται σε ύψος 50-55 Km δηλ. εκεί όπου η θερμοκρασία της στρατόσφαιρας αποκτά την μέγιστη τιμή της ▪ η πίεση στην στρατόπαυση είναι 1 hPa (1000 hPa είναι στην επιφάνεια) => ότι η τροπόσφαιρα & η στρατόσφαιρα περιλαμβάνουν το 99.9% του ατμοσφαιρικού αέρα  ΣΥΣΤΑΣΗ ΤΗΣ ΓΗΙΝΗΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑΣ: O3 Παραγωγή Ο3 Το στρώμα όζοντος στην Ο2 + hv λ85 km και ως 350-550 km). Δραματική αλλαγή της συμπεριφοράς της ατμόσφαιρας Οι μέγιστες θερμοκρασίες κυμαίνονται μεταξύ 500 Κ και 2000 Κ, ανάλογα με την ηλιακή δραστηριότητα, εποχικά, αλλά και μεταξύ ημέρας και νύκτας. Η θερμόπαυση ορίζεται ως το επίπεδο εκείνο πέραν του οποίου η θερμοκρασία παραμένει σχεδόν σταθερή με το ύψος και τοποθετείται στα 400±100 km. Πολύ μικρός αριθμός μορίων αέρα (αραιή ατμόσφαιρα) Εξώθερμες αντιδράσεις που προκαλούν έκλυση ενέργειας  Ηλιακή Ακτινοβολία μέσα στην ατμόσφαιρα Σκέδαση - Διάχυση - Ανάκλαση Όταν μια φωτεινή ακτίνα συναντά μια λεία και γυαλιστερή επιφάνεια, αλλάζει κατεύθυνση, τότε έχουμε το φαινόμενο της ανάκλασης του φωτός. σκέδαση του φωτός ονομάζεται ο διασκορπισμός των φωτεινών ακτίνων όταν προσπέσουν σε μικροσκοπικά σωματίδια (τραχιά επιφάνεια), έτσι ώστε να διαχέονται στο χώρο χωρίς να φαίνονται. Η σκέδαση είναι προϊόν πολλαπλής ανάκλασης Η ακτινοβολία που προκύπτει μετά τη σκέδαση λέγεται διάχυτη ακτινοβολία To γαλάζιο χρώμα του ουρανού  Ηλιακή Ακτινοβολία μέσα στην ατμόσφαιρα Η ηλιακή ακτινοβολία κατά τη διέλευση της μέσα από τη γήινη ατμόσφαιρα εξασθενεί λόγω δύο διαδικασιών: 1) της σκέδασης – διάχυσης - ανάκλασης από τα μόρια των αερίων της ατμόσφαιρας & των αιωρούμενων σωματιδίων 2) της απορρόφησης από διάφορα αέρια της ατμόσφαιρας & αιωρούμενα σωματίδια Η εξασθένιση της ηλιακής ακτινοβολίας μέσα στην ατμόσφαιρα περιγράφεται από τον νόμο Beer Lambert: 𝜏 −𝜎𝜐𝜈𝑍 Ιλ = Ιολ𝑒 Κορυφή ατμόσφαιρας Όπου: Ζ Ιλ = η ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας μετά την εξασθένιση της μέσα Βάση στην ατμόσφαιρα Ιολ = η ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας πριν εισέλθει στην h ατμόσφαιρα ∞ τ = το οπτικό βάθος (εκφράζει την εξασθένιση που θα υποστεί η 𝜏(𝜆) = න 𝛽(𝜆, 𝑧)𝑑𝑧 𝑧 μονοχρωματική ακτινοβολία μέσα στην ατμόσφαιρα λόγω αιωρούμενων σωματιδίων). όπου ο συντελεστής β(λ,z) ισούται με την Z=Ζενιθία γωνία (η γωνία ανάμεσα στην προσπίπτουσα ακτινοβολία εξασθένιση που προκύπτει από την σκέδαση και στην κάθετο στον ορίζοντα) και την απορρόφηση  Ηλιακή Ακτινοβολία μέσα στην ατμόσφαιρα - Σκέδαση Σκέδαση είναι ένα φυσικό φαινόμενο κατά το οποίο η ηλιακή ακτινοβολία όταν προσπέσει σε μόρια της ατμόσφαιρας αλλάζει διεύθυνση διάδοσης. κατανέμεται ομοιόμορφα ή ανομοιόμορφα γύρω από αυτά προς όλες ή επιλεγμένες διευθύνσεις Η ακτινοβολία που προκύπτει μετά τη σκέδαση λέγεται διάχυτη ακτινοβολία Εξαρτάται κυρίως από το μέγεθος των μορίων της ατμόσφαιρας και το μήκος κύματος λ της Πηγή: http://resources.yesican-science.ca/trek/radiation/final/index_em_matter.html ακτινοβολίας Κατά την σκέδαση η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία αλλάζει διεύθυνση όταν προσπίπτει σε σωματίδια ή σε μόρια αερίων και διαχέεται προς όλες τις διευθύνσεις. Το ποσοστό σκέδασης της ακτινοβολίας εξαρτάται από πολλούς παράγοντες μεταξύ των οποίων είναι: α) το μήκος κύματος της ακτινοβολίας, β) η συγκέντρωση και το μέγεθος των σωματιδίων ή των μορίων και γ) το μήκος διαδρομής της ακτινοβολίας μέσα στην ατμόςφαιρα. ΣΚΕΔΑΣΗ: Κατά την σκέδαση η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία αλλάζει διεύθυνση όταν προσπίπτει σε σωματίδια ή σε μόρια αερίων και διαχέεται προς όλες τις διευθύνσεις. Το ποσοστό σκέδασης της ακτινοβολίας εξαρτάται από : το μήκος κύματος της ακτινοβολίας, τη συγκέντρωση των σωματιδίων ή των μορίων το μέγεθος των σωματιδίων ή των μορίων το είδοςτων σωματιδίων ή των μορίων το μήκος διαδρομής της ακτινοβολίας μέσα στην ατμόςφαιρα.  Ηλιακή Ακτινοβολία μέσα στην ατμόσφαιρα - Σκέδαση Για μικρού μεγέθους κέντρα σκέδασης (άτομα, μόρια & ιόντα) σκεδάζει κυρίως η μικρού μήκους κύματος ακτινοβολία (π.χ. μπλε) και καλείται σκέδαση Rayleigh Για μεγάλου μεγέθους κέντρα σκέδασης (υδροσταγόνες, παγοκρύσταλλοι & αερολύματα) δε σκεδάζει έντονα κάποιο συγκεκριμένο μήκος κύματος (μη επιλεκτική σκέδαση) και καλείται σκέδαση Mie Πηγή: http://www.geog.ucsb.edu/~joel/g110_w08/lecture_notes/radiation_atmosphere/ agburt03_02.jpg  Ηλιακή Ακτινοβολία μέσα στην ατμόσφαιρα - Σκέδαση Σκέδαση Rayleigh ο βαθμός σκέδασης είναι αντιστρόφως ανάλογος της τέταρτης δύναμης του μήκους κύματος λ της ακτινοβολίας Σκεδαζόμενη ακτινοβολία: Ι(λ) ̴ 1 / λ4 Η μικρού μήκους κύματος ακτινοβολία θα υποστεί μεγαλύτερη σκέδαση Πηγή: http://www.geog.ucsb.edu/~joel/g110_w08/lecture_notes/radiation_atmosphere/agburt03_03.jpg Τα μπλε μήκη κύματος σκεδάζουν εντονότερα I  =450 nm 6 I  =700 nm Το μπλε χρώμα του ουρανού Πηγή: https://en.wikipedia.org/wiki/Rayleigh_scattering  Ηλιακή Ακτινοβολία μέσα στην ατμόσφαιρα - Σκέδαση Σκέδαση Mie ο βαθμός σκέδασης παρουσιάζει μικρή εξάρτηση από το μήκος κύματος λ της προσπίπτουσας ακτινοβολίας Σκεδαζόμενη ακτινοβολία: Ι(λ) ̴ 1 / λ1.3 Σκεδάζουν όλα τα μήκη κύματος (χρώματα) χωρίς κάποιο από αυτά να σκεδάζει εντονότερα Πηγή: http://apollo.lsc.vsc.edu/classes/met130/notes/chapter19/mie_scatt.html Το λευκό χρώμα των νεφών και της ρυπασμένης ατμόσφαιρας Με απλά λόγια: Καθώς το ηλιακό φως περνά μέσα από την ατμόσφαιρα της Γης αλληλεπιδρά με τα μόριά της, και σκεδάζεται από αυτά αλλάζοντας κατεύθυνση. Η αλληλεπίδραση αυτή εξαρτάται έντονα από το μήκος κύματος. Όσο πιο μικρό είναι το μήκος κύματος τόσο πιο έντονη είναι η σκέδαση. Το γαλάζιο χρώμα έχει μήκος κύματος σχεδόν το μισό από ότι το κόκκινο χρώμα και σκεδάζεται σχεδόν 16 φορές πιο έντονα. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα οι ακτίνες του γαλάζιου φωτός που φεύγουν από τον ήλιο να φθάνουν τελικά στον παρατηρητή από κάθε κατεύθυνση προβάλλοντας το γαλάζιο τους χρώμα σε όλον τον ουρανό Οταν ο ήλιος ανατέλλει ή δύει, η απόσταση που διανύει η ακτίνα στην ατμόσφαιρα είναι μεγαλύτερη, γι’ αυτό και τα μικρά μήκη κύματος (μπλε, πράσινο), διασκορπίζονται εντελώς με αποτέλεσμα να αντιλαμβανόμαστε τα μεγαλύτερα μήκη κύματος (κίτρινο, κόκκινα, πορτοκαλί) τα οποία στη συνέχεια σκεδάζονται από τα σταγονίδια των νεφών και σχετικά μεγάλα σωματίδια, με αποτέλεσμα ο ορίζοντας να αποκτά κόκκινο και πορτοκαλί χρώμα. To γαλάζιο χρώμα του ουρανού  AKTINOBOΛΙΕΣ ΣΤΗΝ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ ΗΛΙΑΚΗ ή ΜΙΚΡΟΥ ΜΗΚΟΥΣ ΚΥΜΑΤΟΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ (Solar or short-wave radiation: (0.2-4 μm) ΓΗΙΝΗ ή ΥΠΕΡΥΘΡΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ (Terrestrial or long-wave radiation or infra-red: 4-100 μm) ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ (Atmospheric or long-wave or infrared radiation : 4-100 μm)  Ενεργειακό Ισοζύγιο του Πλανήτη Πηγή: https://www.ipcc.unibe.ch/publications/wg1-ar4/faq/wg1_faq-1.1.html ▪ Το ενεργειακό ισοζύγιο του πλανήτη είναι κυρίως αποτέλεσμα δύο συνιστωσών: της ηλιακής ακτινοβολίας της γήινης ακτινοβολίας  Το Φαινόμενο του Θερμοκηπίου Πηγή: http://facweb.bhc.edu/academics/science/harwoodr/geog101/s tudy/grenhous.htm Πηγή: http://www.grida.no/publications/vg/africa/page/3110.aspx Το Φαινόμενο του Θερμοκηπίου είναι ένα φυσικό φαινόμενο ! Οπτικές Παράμετροι του γυαλιού : α. Μεγάλη Διαφάνεια (Διαπερατότητα) στην Ηλιακή Ακτινοβολία β. Μεγάλη α-Διαφάνεια (απορροφητικότητα) στην Ύπέρυθρη Ακτινοβολία Οπτικές Παράμετροι της Ατμόσφαιρας: α. Μεγάλη Διαφάνεια (Διαπερατότητα) στην Ηλιακή Ακτινοβολία β. Μεγάλη α-Διαφάνεια (απορροφητικότητα) στην Υπέρυθρη Ακτινοβολία (η ατμόσφαιρα απορροφά σχεδόν το 90% της υπέρυθρης ακτινοβολίας Ορισμός Φαινομένου Θερμοκηπίου : Η μεγάλη ΑΔΙΑΦΑΝΕΙΑ της ατμόσφαιρας στην υπέρυθρη ακτινοβολία (η ατμόσφαιρα απορροφά την εκπεμπόμενη από το έδαφος υπέρυθρη ακτινοβολία)  Το Φαινόμενο του Θερμοκηπίου Για να κατανοήσουμε το φυσικό φαινόμενο του θερμοκηπίου στην ατμόσφαιρα πρέπει να ξέρουμε τις απορροφητικές ιδιότητες αυτής και τι ακριβώς συμβαίνει με την ακτινοβολία (υπέρυθρη ή μεγάλου μήκους κύματος) που εκπέμπεται από την επιφάνεια της Γης Η ατμόσφαιρα, παρότι δεν απορροφά σημαντικά την ηλιακή ακτινοβολία (απορροφά μόλις το 20% αυτής), απορροφά έντονα τη μεγάλου μήκους κύματος ακτινοβολία (υπέρυθρη) που εκπέμπει η Γη Τα κύρια αέρια συστατικά της ατμόσφαιρας, Ν2 και Ο2, δεν απορροφούν στην περιοχή που εκπέμπει η γήινη επιφάνεια δηλ. δεν απορροφούν υπέρυθρη ακτινοβολία η μεγάλη αδιαφάνεια ως προς τη γήινη ακτινοβολία οφείλεται στην παρουσία δευτερευόντων συστατικών, όπως των υδρατμών (Η2Ο), του CO2 και του Ο3 Αέρια που είναι γνωστά ως αέρια του θερμοκηπίου, που απορροφούν έντονα υπέρυθρη ακτινοβολία  Το Φαινόμενο του Θερμοκηπίου – Αέρια του Θερμοκηπίου Τα Αέρια 'Θερμοκηπίου' Υδρατμοί (Η2Ο) Διοξείδιο του Άνθρακα (CΟ2) Μεθάνιο (CΗ4) Υποξείδιο του Αζώτου (Ν2Ο) Όζον (Ο3) Υδροφθοροχλωράνθρακες (CFCs) Το πιο σημαντικό αέριο του Θερμοκηπίου είναι οι υδρατμοί (Η2Ο), Και ακολούθως το διοξείδιο του άνθρακα (CO2) Σημαντικό ρόλο στο φαινόμενο του θερμοκηπίου παίζουν και τα νέφη που αποτελούνται από διάφορες μορφές του νερού  Το Φαινόμενο του Θερμοκηπίου - Σύνοψη Η σχετικά μεγάλη διαφάνεια (διαπερατότητα) της Γήινης ατμόσφαιρας στην ηλιακή ακτινοβολία έχει σαν αποτέλεσμα περίπου το 50% της ηλιακής ακτινοβολίας που φτάνει στην κορυφή της ατμόσφαιρας να προσπίπτει στην επιφάνεια της Γης και να απορροφάται από αυτή προκαλώντας έτσι θέρμανση της σε θερμοκρασίες μεγαλύτερες από το απόλυτο μηδέν Έτσι σύμφωνα με τους νόμους της ακτινοβολίας και η Γη θα εκπέμπει ακτινοβολία, η οποία εξ’ αιτίας της θερμοκρασίας της Γης, βρίσκεται στη περιοχή των μεγάλων μηκών κύματος (υπέρυθρο) του φάσματος της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας και γι’ αυτό το λόγο καλείται υπέρυθρη ή μεγάλου μήκους κύματος ακτινοβολία ή γήινη Η υπέρυθρη ακτινοβολία που εκπέμπει η Γη απορροφάται σχεδόν εξ’ ολοκλήρου (σε ποσοστό 90%) από την ατμόσφαιρα της Γης εξ’ αιτίας κάποιων αέριων συστατικών της, τα οποία έχουν την ιδιότητα να απορροφούν έντονα και σημαντικά την υπέρυθρη ακτινοβολία. Τα αέρια αυτά είναι γνωστά ως αέρια του θερμοκηπίου και είναι: οι υδρατμοί (Η2Ο), το διοξείδιο του άνθρακα (CO2), το όζον (O3), το μεθάνιο (CH4), το υποξείδιο του αζώτου (N2O) και οι Xλωροφθοράνθρακες (CFCs) Η απορρόφηση της υπέρυθρης ακτινοβολίας από τα αέρια του θερμοκηπίου προκαλεί τη θέρμανση της ατμόσφαιρας, με αποτέλεσμα και αυτή να εκπέμπει υπέρυθρη ακτινοβολία (θερμική ακτινοβολία). Μάλιστα το μεγαλύτερο μέρος εκπέμπεται προς τα κάτω στην επιφάνεια της γης με αποτέλεσμα την περαιτέρω θέρμανση της σε μια μέση θερμοκρασία των 15 οC Το φαινόμενο του θερμοκηπίου είναι ένα φυσικό φαινόμενο που συμβάλει σημαντικά στην ενεργειακή και θερμική ισορροπία του πλανήτη. Αν δεν λειτουργούσε ο συγκεκριμένος μηχανισμός η μέση θερμοκρασία της Γης θα ήταν -23οC  Το Φαινόμενο του Θερμοκηπίου - Σύνοψη Το φαινόμενο του Θερμοκηπίου Σχεδόν το σύνολο της Γήινης ακτινοβολίας (90%) το απορροφούν τα αέρια του θερμοκηπίου της ατμόσφαιρας και επανεκπέμπουν το μεγαλύτερο μέρος προς Το μεγαλύτερο μέρος την επιφάνεια της γης της ηλιακής ακτινοβολίας φτάνει στην επιφάνεια της Γης και τη θερμαίνει Πηγή: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Earth%27s_greenhouse_effect_%28US_EPA,_2012%29.png Η Γη εκπέμπει και αυτή ακτινοβολία στην περιοχή του υπέρυθρου (υπέρυθρη ακτινοβολία)  Το Φαινόμενο του Θερμοκηπίου - Σύνοψη Πηγή: http:// Το φαινόμενο του Θερμοκηπίου  Χωρίς ατμόσφαιρα και χωρίς φαινόμενο θερμοκηπίου θα είχαμε παγώσει (-20°C) Επειδή υπάρχει το φαινόμενο, η θερμοκρασία της Γης έχει ρυθμιστεί σε μια βολική τιμή για μας (15°C) Ισοζύγιο Ακτινοβολιών στην επιφάνεια της Γης Ακτινοβολίες: (θετικές με την έννοια ότι η Γη προσλαμβάνει ενέργεια) η ηλιακή ακτινοβολία (0.2-4 μm) η ατμοσφαιρική ακτινοβολία : η υπέρυθρη ακτινοβολία που εκπέμπει η ατμόσφαιρα προς τη Γη (4-100 mm) (αρνητικές με την έννοια ότι η Γη χάνει ενέργεια) η γήινη ακτινοβολία: η υπέρυθρη ακτινοβολία που εκπέμπεται από το έδαφος (4-100 mm) Ισοζύγιο Ακτινοβολιών στην επιφάνεια της γης ❑ Η εκπεμπόμενη ακτινοβολία, (γήινη και ατμοσφαιρική), είναι σε μήκη κύματος πολύ μεγαλύτερα από την ηλιακή ακτινοβολία. ❑ Ο πλέον συνηθισμένος τρόπος για τον υπολογισμό της ΓΗΙΝΗΣ ακτινοβολίας είναι από τη σχέση: E=σε𝜯𝟒 ❑ όπου, ε και T είναι η ικανότητα εκπομπής και η θερμοκρασία της επιφάνειας της γης. Οι θερμοκρασίες στη γη κυμαίνονται περίπου από 250 έως 320 Κ και επομένως η φασματική περιοχή είναι από 4 έως 40 μm με τη μέγιστη ισχύ περίπου στα 10μm. ❑ Συνηθίζεται αν και δεν απόλυτα ακριβές να θεωρούμε ότι η ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΗ ακτινοβολία είναι αντίστοιχη του μέλανος σώματος και να την υπολογίζουμε από τη σχέση : E=σ𝑻𝒔𝒌𝒚 𝟒 ❑ όπου, 𝑇𝑠𝑘𝑦 η θερμοκρασία του ουρανού και η τιμή της εξαρτάται από τις καιρικές συνθήκες. Το εύρος τιμών κυμαίνεται από 230Κ σε καθαρό και κρύο καιρό μέχρι 285Κ σε ζεστό και υγρό καιρό. Κατά τη διάρκεια της νύχτας αποτελεί τη μόνη πηγή προσπίπτουσας ακτινοβολίας. Ισοζύγιο Ακτινοβολιών στην επιφάνεια της γης Ατμοσφαιρική ακτινοβολία η οποία απορροφάται από το έδαφος 𝑬𝒔𝒌𝒚,𝒂𝒃𝒔𝒐𝒓𝒃𝒆𝒅 =𝒂𝒆𝒂𝒓𝒕𝒉,𝒊𝒏𝒇𝒓𝒂𝒓𝒆𝒅 𝑮𝒔𝒌𝒚 =𝒂𝒆𝒂𝒓𝒕𝒉,𝒊𝒏𝒇𝒓𝒂𝒓𝒆𝒅 σ𝜯𝒔𝒌𝒚 𝟒 =𝜺𝒆𝒂𝒓𝒕𝒉 𝝈𝜯𝒔𝒌𝒚 𝟒 Ισοζύγιο ενέργειας στην επιφάνεια της γης (χωρίς συναγωγή): 𝒒𝒏𝒆𝒕,𝒓𝒂𝒅 =HΛΙΑΚΗ+ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΗ-ΓΗΙΝΗ = 𝑬𝒔𝒐𝒍𝒂𝒓,𝒂𝒃𝒔𝒐𝒓𝒃𝒆𝒅 +𝑬𝒔𝒌𝒚,𝒂𝒃𝒔𝒐𝒓𝒃𝒆𝒅 -𝑬𝒆𝒎𝒊𝒕𝒕𝒆𝒅 =𝒂𝒆𝒂𝒓𝒕𝒉,𝒔𝒐𝒍𝒂𝒓 𝑮𝒔𝒐𝒍𝒂𝒓 +𝜺𝒆𝒂𝒓𝒕𝒉 σ𝜯𝒔𝒌𝒚 𝟒 -𝜺𝒆𝒂𝒓𝒕𝒉 𝝈𝜯𝒆𝒂𝒓𝒕𝒉 𝟒 όπου : 𝒂𝒆𝒂𝒓𝒕𝒉,𝒊𝒏𝒇𝒓𝒂𝒓𝒆𝒅 : η απορροφητικότητα της Γης στην υπέρυθρη ακτινοβολία 𝜺𝒆𝒂𝒓𝒕𝒉 : ο συντελεστής εκπομπής της Γης 𝑮𝒔𝒌𝒚 : η προσπίπτουσα στο έδαφος ατμοσφαιρική ακτινοβολία (ατμοσφαιρική-υπέρυθρη) 𝜯𝒔𝒌𝒚 : η θερμοκρασία της ατμόσφαιρας 𝑬𝒔𝒐𝒍𝒂𝒓,𝒂𝒃𝒔𝒐𝒓𝒃𝒆𝒅 : η ηλιακή ακτινοβολία που απορροφάται από το έδαφος 𝑬𝒔𝒌𝒚,𝒂𝒃𝒔𝒐𝒓𝒃𝒆𝒅 : η ατμοσφαιρική ακτινοβολία που απορροφάται από το έδαφος 𝑬𝒆𝒎𝒊𝒕𝒕𝒆𝒅 : η γήινη ακτινοβολία που εκπέμπεται από το έδαφος 𝒂𝒆𝒂𝒓𝒕𝒉,𝒔𝒐𝒍𝒂𝒓 : η απορροφητικότητα του εδάφους στην ηλιακή ακτινοβολία 𝑮𝒔𝒐𝒍𝒂𝒓 : η προσπίπτουσα ηλιακή ακτινοβολία 𝜯𝒆𝒂𝒓𝒕𝒉 : η θερμοκρασία της Γης  OΡΓΑΝΑ ΜΕΤΡΗΣΗΣ ❑ Τα όργανα μέτρησης της ηλιακής & της γήινης ακτινοβολίας καθώς και των συνιστωσών τους είναι πολλά. Από αυτά άλλα είναι υψηλής ακρίβειας και άλλα μικρότερης, άλλα είναι απλά και άλλα πολύπλοκα ❑ Η αρχή λειτουργίας των ακτινομέτρων στηρίζεται στο θερμοηλεκτρικό φαινόμενο μιας και η προσπίπτουσα ακτινοβολία στο ευαίσθητο στοιχείο (αισθητήρα), που τοποθετείται σε μια οριζόντια επιφάνεια, προκαλεί ▪ είτε μια διαφορά θερμοκρασίας δια μέσω του πάχους του στοιχείου ▪ είτε διαφορετική θέρμανση κατά μήκος της οριζόντιας επιφάνειας, η οποία αποτελείται από συστοιχία θερμοζευγών ❑ Όλα τα όργανα μέτρησης ηλιακής & γήινης ακτινοβολίας μετρούν ροή ακτινοβολίας σε W/m2  OΡΓΑΝΑ ΜΕΤΡΗΣΗΣ ▪ Πυρηλιόμετρο (Pyrheliometer): μετρά την ένταση της άμεσης ηλιακής ακτινοβολίας που προσπίπτει κάθετα σε μια επιφάνεια ▪ Πυρανόμετρο (Pyranometer): μετρά της ένταση της ολικής ηλιακής ακτινοβολίας (άμεση & διάχυτη) που προσπίπτει σε μια οριζόντια επιφάνεια ▪ Πυργεώμετρο (Pyrgeometer): μετρά της ένταση της υπέρυθρης ακτινοβολίας που προσπίπτει σε μια οριζόντια επιφάνεια, είτε αυτή εκπέμπεται από την επιφάνεια του εδάφους, είτε από την ατμόσφαιρα ▪ (Pyrradiometer): μετρά ταυτόχρονα την ηλιακή (μικρού μήκους κύματος) & την γήινη (μεγάλου μήκους κύματος) ακτινοβολία ▪  OΡΓΑΝΑ ΜΕΤΡΗΣΗΣ ❑ Πυρηλιόμετρο: μετρά την ροή της άμεσης ηλιακής ακτινοβολίας που προσπίπτει κάθετα σε μια επιφάνεια ▪ Τα Πυρηλιόμετρα αποτελούνται από έναν μεταλλικό κοίλο κύλινδρο στερεωμένο σ’ ένα σύστημα σκόπευσης του ηλίου ▪ Ο αισθητήρας τοποθετείται στο εσωτερικό του μεταλλικού κυλίνδρου στο βάθος του  OΡΓΑΝΑ ΜΕΤΡΗΣΗΣ ❑ Πυρηλιόμετρο με ασημένιο δίσκο ❑ Αποτελείται: ▪ από έναν ασημένιο δίσκο μικρού πάχους, του οποίου η εκτεθειμένη προς τον ήλιο βάση είναι χρωματισμένη μαύρη ▪ ένα υδραργυρικό θερμόμετρο σχήματος Γ ❑ Ο δίσκος είναι τοποθετημένος στο βάθος του κυλινδρικού σωλήνα μέσα σε χάλκινη θήκη & η υδραργυρική λεκάνη του θερμομέτρου βρίσκεται μέσα στον δίσκο => ο υδράργυρος που υπάρχει μέσα στον δίσκο αποτελεί θερμικό σύνδεσμο μεταξύ δίσκου & λεκάνης θερμομέτρου ❑ Η μεταβολή της θερμοκρασίας του δίσκου όταν αυτός εκτίθεται στην προσπίπτουσα άμεση ηλιακή ακτινοβολία καταγράφεται από το θερμόμετρο & με τη βοήθεια αναγωγικών συντελεστών μετράται η άμεση ηλιακή ακτινοβολία  OΡΓΑΝΑ ΜΕΤΡΗΣΗΣ ❑ Πυρανόμετρο (Pyranometer): μετρά της ένταση της ολικής ηλιακής ακτινοβολίας (άμεση & διάχυτη) που προσπίπτει σε μια οριζόντια επιφάνεια ❑ To Πυρανόμετρο αν εξοπλιστεί με κατάλληλο φίλτρο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μέτρηση της ακτινοβολίας σε κατάλληλες φασματικές ζώνες ❑ To Πυρανόμετρο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μέτρηση της μικρού μήκους κύματος ανακλώμενης ακτινοβολίας (albedo) όταν τοποθετηθεί μα κατάλληλο τρόπο απέναντι από το τμήμα του εδάφους του οποίου πρόκειται να μετρηθεί η ανακλαστική ικανότητα  OΡΓΑΝΑ ΜΕΤΡΗΣΗΣ ❑ Διμεταλλικός Aκτινογράφος Robitzsch: ▪ Το ευαίσθητο στοιχείο αποτελείται από τρία διμεταλλικά ελάσματα που είναι παράλληλα μεταξύ τους και βαμμένα τα δύο λευκά και το μεσαίο μαύρο ▪ Όταν εκτεθούν στην ηλιακή ακτινοβολία το μαύρο απορροφά την ακτινοβολία που προσπίπτει σε αυτό και θερμαινόμενο διαστέλλεται ▪ Η διαστολή μεταφέρεται με μοχλούς και συνδέσμους σε γραφίδα που γράφει σε χαρτί που προσαρμόζεται σε ωρολογιακά περιστρεφόμενο κύλινδρο  OΡΓΑΝΑ ΜΕΤΡΗΣΗΣ ❑ Πυργεώμετρο (Pyrgeometer): μετρά της ένταση της υπέρυθρης ακτινοβολίας που προσπίπτει σε μια οριζόντια επιφάνεια, είτε αυτή εκπέμπεται από την επιφάνεια του εδάφους, είτε από την ατμόσφαιρα Kipp & Zonen ▪ Τo Πυργεώμετρο είναι στην ουσία ένα τροποποιημένο Πυρανόμετρο ▪ Το σύστημα των ημισφαιρικών φίλτρων του πυρανομέτρου έχει αντικατασταθεί από έναν ημισφαιρικό θόλο σιλικόνης (φίλτρο)  OΡΓΑΝΑ ΜΕΤΡΗΣΗΣ ❑ Πυργεώμετρο (Pyrgeometer) ▪ Τo φίλτρο αυτό επιτρέπει τη διέλευση ακτινοβολίας που αντιστοιχεί στη φασματική ζώνη 4 μm – 50 μm δηλ. αποκόπτει εντελώς την ηλιακή ακτινοβολία ▪ Η θερμοστήλη βρίσκεται σε αερόκενο ώστε να αποφευχθεί το φαινόμενο μεταφοράς θερμότητας από τον αισθητήρα ▪ Το σύστημα έχει ενσωματωμένο ένα θερμόμετρο ώστε να μετράει τη θερμοκρασία του οργάνου ▪ Ο αισθητήρας συνδέεται με ένα αντισταθμιστικό κύκλωμα (θέρμιστορ, μπαταρίας & αντίστασης) ώστε να εξασφαλιστεί η ανεξαρτησία των ενδείξεων του οργάνου από τη θερμοκρασία του  OΡΓΑΝΑ ΜΕΤΡΗΣΗΣ ❑ Πυραδιόμετρο (Pyrradiometer): ακτινόμετρο που μετρά την ολική ακτινοβολία (μικρού & μεγάλου μήκους κύματος) ▪ Φασματική περιοχή που καλύπτουν: 0.3μm - >30 μm ή 0.3μm - >60 μm ▪ Αισθητήρας: μαύρη απορροφητική πλάκα με τη θερμοστήλη να αποτελείται από 90 επαφές χαλκού- κωνσταντάνης ▪ Το σύστημα αποτελείται από ένα θερμόμετρο ηλεκτρικής αντίστασης από λευκόχρυσο (Pt-100) για τον προσδιορισμό της θερμοκρασίας αναφοράς ▪ Οι θόλος είναι κατασκευασμένος από λουπολένιο (lupolene) ή πολυαιθυλένιο ή σιλικόνη και είναι διαφανής στην φασματική περιοχή 0.3μm - 60 μm Παράδειγμα: Πλάκα απορρόφησης επίπεδου συλλέκτη χωρίς κάλυμμα έχει ικανότητα απορρόφησης ηλιακής ακτινοβολίας 𝛼𝜎𝜐𝜆,𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 =0.95 και ικανότητα εκπομπής 𝜀𝜎𝜐𝜆 =0.1 Σε δεδομένη χρονική στιγμή στη διάρκεια της ημέρας όταν η ηλιακή ακτινοβολία είναι 𝑄𝑠 =750 W/m2, η θερμοκρασία ουρανού ίση με 𝑇𝑠𝑘𝑦 = −10° C και η θερμοκρασία περιβάλλοντος ίση με 𝑇𝑎 = 30℃ , η θερμοκρασία της πλάκας απορρόφησης του συλλέκτη είναι 𝑇𝜎𝜐𝜆 = 120℃. o συντελεστής συναγωγής είναι : h= 0.22 ∗ (𝑇𝜎𝜐𝜆 − 𝛵𝛼 )1/3 Σε αυτές τις συνθήκες ποιο είναι το χρήσιμο θερμικό φορτίο και ο συντελεστής απόδοσης του συλλέκτη? Στοιχείο Απορρόφησης ή απορροφητής Eneργειακο ισοζυγιο ηΛΙακου συλλεκτη  = σ=𝐸𝑮 𝑄𝑸𝑢𝒖𝒔𝒆𝒇𝒖𝒍 − σ-(𝑸 𝑖𝑛𝑮,𝒂𝒃𝒔 𝐸𝑜𝑢𝑡 = 𝑎𝜎𝜐𝜆,𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 ∗ 𝑄𝑠 + 𝛼𝜎𝜐𝜆,𝑠𝑘𝑦 𝜎𝑇𝑠𝑘𝑦 4 − 𝑒𝜎𝜐𝜆 𝜎𝑇𝜎𝜐𝜆 4 − 𝑄𝑐𝑜𝑛𝑣 𝒄𝒐𝒏𝒗,𝒂𝒃𝒔 𝑸𝒓𝒂𝒅,𝒂𝒃𝒔 + 𝑸𝒓𝒆𝒇𝒍,𝒂𝒃𝒔 + 𝑸𝒄𝒐𝒏𝒅,𝒂𝒃𝒔 ) Επειδή η ακτινοβολία του ουρανού (ατμοσφαιρική ακτινοβολία) βρίσκεται περίπου στην ίδια φασματική ζώνη με αυτή της εκπεμπόμενης ακτινοβολίας από τη πλάκα απορρόφησης θεωρούμε 𝛼𝜎𝜐𝜆,𝑠𝑘𝑦 ~𝜀𝜎𝜐𝜆 =0.1 𝑄𝑢 = 0.95*750+0.1*5.67*10−8 *2634-0.1*5.67*10−8 *3934 -0.98*90 𝑄𝑢 = 712.5+27.1-135.3-88.7=516 W/m2 516 n= = 0.69 750 Σημείωση 1: Είναι λάθος να θεωρήσουμε ότι 𝛼𝜎𝜐𝜆,𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 = 𝛼𝜎𝜐𝜆,𝑠𝑘𝑦 επειδή η φασματική ζώνη της ηλιακής ακτινοβολίας είναι τελείως διαφορετική από αυτή της ακτινοβολίας ουρανού. Σημείωση 2: Ο συντελεστής απωλειών λόγω συναγωγής είναι ιδιαίτερα χαμηλός (h=1W/ m2Κ). Μια πιο ρεαλιστική τιμή είναι περίπου h=5W/m2/Κ. Στη περίπτωση αυτή: 𝑄𝑢 = 154 W/ m2 και n=0.21. Η τοποθέτηση καλύμματος θα μείωνε σημαντικά τις απώλειες  Θεωρήστε ότι ο Ήλιος έχει θερμοκρασία 7000 Κ. Τι χρώμα θα έχει; Ποια θα είναι θερμοκρασία ενός αστεριού που φαίνεται μπλε (λmax=470nm); Λύση Νόμος Wien: λmax T=2.9 x10-3 mK Για Τ=7000 Κ → λmax=414 nm (άρα θα φαίνεται μωβ) Για μπλε → T=6170 K  Η επιφάνεια μιας σφαιρικής μπάλας (διάμετρος 20 cm) βρίσκεται σε θερμοκρασία 527⁰C. Θεωρώντας την επιφάνεια ότι ακτινοβολεί ως μέλαν σώμα, βρείτε: α) την συνολική εκπομπή ισχύος, β) τη συνολική ακτινοβολία που εκπέμπεται σε 5 min και γ) τη φασματική ισχύ εκπομπής στο μήκος κύματος των 3 μm. Λύση α) Από το νόμο Stefan-Boltzmann η συνολική ισχύς εκπομπής της σφαίρας θα είναι: Eb = σ Τ4 = (5.67x10-8W/m2K4) (527+273)4K4=23.2x103W/m2=23.2 kW/m2=23.2 KJ/s m2 β) Α = πD2 = π (0.2 m)2= 0.1257 m2 Δt= 5min= 300 s Qrad= Eb A Δt=23.2 kJ/s m2 0.1257 m2 300 s =875 kJ (ερώτημα: πόση αύξηση στη θερμοκρασία ενός kg νερού μπορεί να προκαλέσει η παραπάνω θερμότητα ακτινοβολίας); γ) Η φασματική ακτινοβολία στα 3 μm μπορεί να προσδιοριστεί με εφαρμογή της εξίσωσης του Planck Αντικαθιστώντας, για λ=3μm→F(λ.Τ)= 𝟏𝟐𝟐𝟓𝑾/𝒎𝟐∙𝝁𝒎 Μικρές Εφαρμογές των νόμων ηλιακής και γήινης ακτινοβολίας 1) Βρείτε το νόμο Stefan-Boltzmann χρησιμοποιώντας τον νόμο του Planck 2) Πόση είναι η ισχύς που ακτινοβολεί ένας άνθρωπος; Θεωρήστε ότι ο συντελεστής εκπομπής είναι ε = 0.90, ύψος : 1.70 m, πλάτος : 35cm 3) Πόσο % παραπάνω ισχύ ακτινοβολεί ο ίδιος άνθρωπος όταν έχει 39°C πυρετό; 4) Γιατί όταν κρυώνουμε μαζευόμαστε; 5) Πόση είναι η συνολική ενέργεια στη διάρκεια του 24ώρου που ακτινοβολεί ο παραπάνω άνθρωπος όταν είναι υγιής σε Joule και σε θερμίδες; 6) Θεωρήστε ότι ο Ήλιος έχει θερμοκρασία 7000 Κ. Τι χρώμα θα έχει; Ποια θα είναι θερμοκρασία ενός αστεριού που φαίνεται μπλε (λmax=470nm) 7) Ο Σείριος εκπέμπει ακτινοβολία μέλανος σώματος με λmax = 260 nm. Να υπολογιστεί η θερμοκρασία της επιφάνειας του Σειρίου. Βιβλιογραφία 1. Ασημακόπουλος, Δ., Αραμπατζής, Γ., Αγγέλης-Δημάκης, Α., Καρταλίδης, Α., Τσιλιγκιρίδης, Γ. (2015). Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας, Δυναμικό & Τεχνολογίες, Εκδόσεις Σοφία, Θεσσαλονίκη. 2. Θ. Τσούτσος, Ι. Κανάκης, Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας (Τεχνολογίες και Περιβάλλον), Εκδόσεις Παπασωτηρίου 3. Ενέργεια στην Αρχιτεκτονική. (1996). Το Ευρωπαϊκό εγχειρίδιο για τα παθητικά ηλιακά κτίρια, Μαλλιάρης Παιδεία (Μετάφραση). 4. Κατσαπρακάκης, Δ. (2015). Σύνθεση ενεργειακών συστημάτων [Προπτυχιακό εγχειρίδιο]. Κάλλιπος, Ανοικτές Ακαδημαϊκές Εκδόσεις. https://repository.kallipos.gr/handle/11419/3553 5. Κασσωμένος Π. Φυσική Περιβάλλοντος, Εκδόσεις Κλειδάριθμος, 2017. 6. Φλόκας Α. Μαθήματα Μετεωρολογίας-Κλιματολογίας, Εκδόσεις Ζήτη, 1994. 7. Duffie, J. A. Beckman, W. A. (1991). Solar Engineering of Thermal Processes (2nd ed.), Wiley Interscience, New York 8. D. Yogi Goswami. Ηλιακή ενέργεια για μηχανικούς. Εκδόσεις Τζιόλα, 2021. 9. Yunus A. Çengel, Afshin J. Ghajar, Heat and Mass Transfer: Fundamentals & Applications, McGraw-Hill, 2015 10. Θ. Πανίδης, Μετάδοση Θερμότητας, Πανεπιστημιακές Παραδόσεις, 2022.