Radiación solar

Radiación solar
• Sol:
– Estrella del sistema planetario
– Fuente de radiaciones caloríficas y otras formas de
energía
– Localiza a 150000000 de km de la Tierra
– Temp de su núcleo es 15000000 °C
– Fuente de energía gracias a procesos
termonucleares (Transformación de Hidrógeno en
Helio)
HIDRÓGENO
HELIO
Capas del sol
• Superficial o fotósfera:
– Poco espesor
– Temp de 6000 °C
– Irradia la parte visible del espectro
Capas del sol
• Cromósfera :
– Color ligeramente
rosado
– Atmósfera solar
Capas del sol
• Corona solar :
– Se extiende a varios millones de kms por el
espacio
– Se observa como aureola luminosa por su altísima
T
– Un plasma a alta T (Edlen)
– Mezcla de protones y
electrones
Capas del sol
• Géyseres :
– Brotan de la cromosfera y la corona inferior
– Se denominan protuberancias
– Llegan a más de 200000 kms de altura
– Acompañadas de emisiones de ondas de radio,
rayos X, partículas electrizadas y otras
Radiación de protuberancias
– Campo magnético de la Tierra nos protege
– Partículas de mayor velocidad lo atraviesan y llegan
como rayos cósmicos solares
– Otras originan auroras
boreales y tempestades
magnéticas
– Exceso de energía
produce ráfagas que
se propagan hasta 1000 km/s
Energía radiante
– La energía que emiten todos los cuerpos cuya T es
superior al cero absoluto
– Se propaga por ondas electromagnéticas a 300000
km/s
– De acuerdo con la T, varía la longitud de onda,
frecuencia e intensidad.
– Espectro electromagnético está constituido por una
gama de longitudes de onda.
1 µ =10-4cm = 0,001 mm
1Å =10-8 cm =0,0000001 mm
1Å =10-4 µ
1 µ =10000 1Å
Radiación visible
Ventana atmosférica de la radiación solar
Radiaciones
Longitud de onda
100 nm
9% radiación ultravioleta
200 nm
300 nm
400 nm
500 nm
45% radiación visible
600 nm
700 nm
800 nm
900 nm
1000 nm
46% radiación infrarroja
2000 nm
3000 nm
4000 nm
5000 nm
Ventana atmosférica
Ventana atmosférica de la radiación
solar
Diatermancia
Dia", a través, y "termancia", calentamiento
Promedio de la T de la superficie terrestre es 20 C
Se producen dos tipos de radiación: entrante y saliente
De acuerdo con la T, varía la longitud de onda, frecuencia e
intensidad.
– Espectro electromagnético está
constituido por una gama de longitudes
de onda.
– Propiedad del aire de no absorber
casi la energía calorífica de los
rayos solares
–
–
–
–
• Aire seco :
– Muy diatérmano o transparente para las
radiaciones del espectro visible
– Poco diatérmano para las radiaciones del
infrarrojo
• Vapor de agua :
– Muy diatérmano o transparente para las
radiaciones del espectro visible
– No diatérmano para las radiaciones del infrarrojo
Ley Stefan Boltzmann
E = ε . GB. T4
Donde:
E = energía liberada por unidad de área (W/m2)
ε = emisividad (propiedad radiactiva de la
superficie) (≈1)
• GB = constante de Stefan Boltzmann 5.67x10-8
W/m2.K4
• T = temperatura absoluta del cuerpo (K)
La cantidad de E debe ser igual a toda la energía
en una esfera a cualquier distancia
•
•
•
•
• Radiación solar:
Radio tierra
Radio sol
Radio sol - tierra
• área del sol x energía del sol = área del sol-tierra x
energía del sol - tierra
• 4πRsol2. E sol = 4πRsol-tierra2.Esol-tierra
• E = (Rsol/Rsol-tierra)2. Esol
• E = (Rsol/Rsol-tierra)2. GB.Tsol4
• Datos:
• Rsol = 696000 Km
• Rsol-tierra = 150000000 Km
• Tsol = 5785 °K
• Resultado:
• E= 1367 W/m2
• Esta energía se ubica en toda la atmósfera sin
distinción
Balance calorífico
• Parte de energía solar que es reflejada al
espacio se llama albedo
Albedo en la ciudad
• 17% de la radiación
incidente es absorbida
por la atmósfera(depleción)
• 43% absorbida por
superficie terrestre
(insolación)
• 60% de la radiación solar
entrante es térmicamente
efectiva
Radiaciones entrantes y salientes
Radiación terrestre
• Superficie terrestre pierde calor:
1. Ventana infrarroja
2. Sube de una capa a otra por absorción y
radiación sucesiva
Ventana infrarroja al intervalo de longitud de onda
entre 8500 y 11000 nm que es irradiada al espacio
– La capacidad de un gas de absorber y reemitir la
radiación varía con la longitud de onda
Ley de Stefan
• E ingresa = E emitida
• 1367 W/m2 x πRtierra2 x (1-0.3) = 4πRtierra2 x
Etierra x GB x T tierra 4
• T tierra = 4√ 1367 W/m2 x (1-0.3)/4. Etierra x
GB
• Temperatura sin efecto invernadero 255°K
• Temperatura con efecto invernadero 288°K
Ley de Stefan
• Radiación saliente es proporcional a la cuarta
potencia de la T absoluta; es decir, la T es
proporcional a la raíz cuarta de esta radiación
Constante solar
• La radiación que recibe un cm2 en el límite
superior de la atmósfera y es igual a 1,94 cal
gramo por minuto
• Es variable en 10% según las estaciones del
año
Superficie terrestre promedio
diario de 720 cal gramo por cm2
Valor aproximado en Ecuador de
850 cal gramo por cm2
• El caldeamiento solar de la superficie terrestre
1. radiación difusa 2. contrarradiación
• Radiación difusa: parte de energía solar que es
dispersada, en las partículas de la atmósfera
• El calor que irradia la Tierra en longitud de
onda larga es absorbido casi en totalidad por la
Envía una radiación al suelo
CONTRARRADIACIÓN
Aprovechamiento de la energía solar
• Energía solar fuente energética futurista
Recurso inagotable
No contamina
Es económico
• Calentamiento del agua para uso doméstico e
industrial
• Producción de energía eléctrica
• Fusión de metales
FRANCIA
• Horno solar (> 1000°C)
ESTADOS UNIDOS
• Plantas solares
JAPÓN
• Calentadores para baño
Medida de la radiación solar
• La medida de calor que llega a un cuerpo se
llama actinometría
• El aumento de la T depende de la cantidad de
calorías que reciba el cuerpo
• Caloría es la cantidad de calor que se necesita
para calentar un gramo de agua pura desde
14,5 C a 15,5 C.
• Actinógrafo de Robitzch
• Registrar horas de insolación en un lugar se
utilizan los heliógrafos