Radiación solar: ¿qué es? radiación solar total. rayos de sol

RADIACIÓN SOLAR

El cegador disco solar en todo momento excitó la mente de las personas, sirvió como tema fértil para leyendas y mitos. Desde la antigüedad, la gente ha adivinado acerca de su impacto en la Tierra. Qué cerca estaban nuestros antepasados ​​lejanos de la verdad. Es a la energía radiante del Sol a la que debemos la existencia de vida en la Tierra.

¿Cuál es la radiación radiactiva de nuestra luminaria y cómo afecta los procesos terrestres?

que es la radiacion solar

La radiación solar es una combinación de materia y energía solar que ingresa a la Tierra. La energía se propaga en forma de ondas electromagnéticas a una velocidad de 300 mil kilómetros por segundo, atraviesa la atmósfera y llega a la Tierra en 8 minutos. El rango de ondas que participan en este "maratón" es muy amplio, desde ondas de radio hasta rayos X, incluida la parte visible del espectro. La superficie de la tierra está bajo la influencia directa y dispersa de la atmósfera terrestre, los rayos del sol. Es la dispersión de los rayos azul-azules en la atmósfera lo que explica el azul del cielo en un día despejado. El color amarillo anaranjado del disco solar se debe a que las ondas que le corresponden pasan casi sin dispersarse.

Con un retraso de 2 a 3 días, el "viento solar" llega a la tierra, que es una continuación de la corona solar y consiste en núcleos de átomos de elementos ligeros (hidrógeno y helio), así como electrones. Es bastante natural que la radiación solar tenga una fuerte influencia en el cuerpo humano.

El efecto de la radiación solar en el cuerpo humano.

El espectro electromagnético de la radiación solar consta de partes infrarrojas, visibles y ultravioletas. Dado que sus cuantos tienen diferentes energías, tienen una variedad de efectos en una persona.

iluminación interior

La importancia higiénica de la radiación solar también es extremadamente alta. Dado que la luz visible es un factor decisivo para obtener información sobre el mundo exterior, es necesario proporcionar un nivel suficiente de iluminación en la habitación. Su regulación se lleva a cabo de acuerdo con SNiP, que para la radiación solar se compilan teniendo en cuenta las características lumínicas y climáticas de varias zonas geográficas y se tienen en cuenta en el diseño y construcción de varias instalaciones.

Incluso un análisis superficial del espectro electromagnético de la radiación solar demuestra cuán grande es la influencia de este tipo de radiación en el cuerpo humano.

Distribución de la radiación solar sobre el territorio de la Tierra

No toda la radiación procedente del Sol alcanza la superficie terrestre. Y hay muchas razones para esto. La tierra repele firmemente el ataque de esos rayos que son perjudiciales para su biosfera. Esta función la realiza el escudo de ozono de nuestro planeta, no faltando la parte más agresiva. Radiación ultravioleta. Filtro atmosférico en forma de vapor de agua, dióxido de carbono, partículas de polvo suspendidas en el aire: refleja, dispersa y absorbe en gran medida la radiación solar.

Esa parte que ha superado todos estos obstáculos cae a la superficie de la tierra en diferentes ángulos, dependiendo de la latitud del área. El calor solar que da vida se distribuye de manera desigual sobre el territorio de nuestro planeta. A medida que cambia la altura del sol durante el año, cambia la masa de aire sobre el horizonte, a través del cual se encuentra el camino de los rayos del sol. Todo ello afecta a la distribución de la intensidad de la radiación solar sobre el planeta. La tendencia general es decir, este parámetro aumenta del polo al ecuador, ya que cuanto mayor es el ángulo de incidencia de los rayos, más calor ingresa por unidad de área.

Los mapas de radiación solar te permiten tener una imagen de la distribución de la intensidad de la radiación solar sobre el territorio de la Tierra.

La influencia de la radiación solar en el clima de la Tierra

La componente infrarroja de la radiación solar tiene una influencia decisiva en el clima terrestre.

Está claro que esto ocurre solo en un momento en que el Sol está sobre el horizonte. Esta influencia depende de la distancia de nuestro planeta al Sol, que cambia durante el año. La órbita de la Tierra es una elipse, dentro de la cual se encuentra el Sol. Haciendo su viaje anual alrededor del Sol, la Tierra se aleja de su luminaria y luego se acerca a ella.

Además de cambiar la distancia, la cantidad de radiación que llega a la tierra está determinada por la pendiente eje de la tierra al plano de la órbita (66,5°) y el cambio de estaciones provocado por ello. Es más en verano que en invierno. En el ecuador, este factor está ausente, pero a medida que aumenta la latitud del sitio de observación, la brecha entre el verano y el invierno se vuelve significativa.

Todo tipo de cataclismos tienen lugar en los procesos que tienen lugar en el Sol. Su impacto se compensa en parte por las grandes distancias, las propiedades protectoras de la atmósfera terrestre y campo magnético Tierra.

Cómo protegerse de la radiación solar

El componente infrarrojo de la radiación solar es el codiciado calor que los habitantes de las latitudes medias y septentrionales esperan en todas las demás estaciones del año. La radiación solar como factor curativo es utilizada tanto por personas sanas como enfermas.

Sin embargo, no debemos olvidar que el calor, como los rayos ultravioleta, es un irritante muy fuerte. El abuso de su acción puede provocar quemaduras, sobrecalentamiento general del cuerpo e incluso exacerbación. enfermedades crónicas. Al tomar el sol, debe seguir las reglas probadas por la vida. Debe tener especial cuidado al tomar el sol en días claros y soleados. Lactantes y ancianos, pacientes con forma crónica tuberculosis y problemas de sistema cardiovascular, debe contentarse con la radiación solar difusa en la sombra. Este ultravioleta es suficiente para satisfacer las necesidades del cuerpo.

Incluso los jóvenes que no tienen problemas de salud especiales deben protegerse de la radiación solar.

Ahora hay un movimiento cuyos activistas se oponen al bronceado. Y no en vano. Piel bronceada sin duda es hermoso. Pero la melanina que produce el cuerpo (lo que llamamos quemadura solar) es su reacción protectora frente a los efectos de la radiación solar. ¡Sin beneficios de quemaduras solares! Incluso hay evidencia de que las quemaduras solares acortan la vida, ya que la radiación tiene una propiedad acumulativa: se acumula a lo largo de la vida.

Si la situación es tan grave, debe seguir escrupulosamente las reglas que prescriben cómo protegerse de la radiación solar:

• limite estrictamente el tiempo para tomar el sol y hágalo solo durante las horas seguras;
• estar en el sol activo, debe usar un sombrero de ala ancha, ropa cerrada, Gafas de sol y paraguas;
• Use solo protector solar de alta calidad.

¿La radiación solar es peligrosa para los humanos en todas las épocas del año? La cantidad de radiación solar que llega a la tierra está asociada al cambio de estaciones. En latitudes medias en verano es un 25% más que en invierno. En el ecuador, esta diferencia no existe, pero a medida que aumenta la latitud del lugar de observación, esta diferencia aumenta. Esto se debe a que nuestro planeta está inclinado en un ángulo de 23,3 grados con respecto al sol. En invierno, está bajo sobre el horizonte e ilumina la tierra solo con rayos deslizantes, que calientan menos la superficie iluminada. Esta posición de los rayos provoca su distribución sobre una mayor superficie, lo que reduce su intensidad en comparación con la caída estival. Además, la presencia de un ángulo agudo durante el paso de los rayos a través de la atmósfera "alarga" su camino, haciendo que pierdan gran cantidad calor. Esta circunstancia reduce el impacto de la radiación solar en invierno.

El sol es una estrella que es una fuente de calor y luz para nuestro planeta. Ella "gobierna" el clima, el cambio de estaciones y el estado de toda la biosfera de la Tierra. Y solo el conocimiento de las leyes de esta poderosa influencia permitirá usar este regalo que da vida en beneficio de la salud de las personas.

El sol es una fuente de luz y calor, que toda la vida en la Tierra necesita. Pero además de los fotones de luz, emite una radiación ionizante fuerte, que consiste en núcleos y protones de helio. ¿Por qué está pasando esto?

Causas de la radiación solar

La radiación solar se genera durante el día durante las llamaradas cromosféricas, explosiones gigantes que ocurren en la atmósfera del Sol. Parte de la materia solar es expulsada al espacio exterior, formando rayos cósmicos, compuestos principalmente por protones y una pequeña cantidad de núcleos de helio. Estas partículas cargadas llegan a la superficie de la tierra entre 15 y 20 minutos después de que la llamarada solar se vuelve visible.

El aire corta la radiación cósmica primaria, dando lugar a una lluvia nuclear en cascada, que se desvanece con la disminución de la altitud. En este caso, nacen nuevas partículas: piones, que se descomponen y se convierten en muones. Penetran en las capas inferiores de la atmósfera y caen al suelo, excavando hasta 1500 metros de profundidad. Son los muones los responsables de la formación de radiación cósmica secundaria y radiación natural que afecta a una persona.

Espectro de radiación solar

El espectro de la radiación solar incluye regiones de onda corta y onda larga:

• rayos gamma;
• radiación de rayos X;
• Radiación UV;
• luz visible;
• radiación infrarroja.

Más del 95% de la radiación solar cae en la región de la "ventana óptica", la parte visible del espectro con regiones adyacentes de ondas ultravioleta e infrarroja. A medida que atraviesa las capas de la atmósfera, la acción de los rayos del sol se debilita: toda la radiación ionizante, los rayos X y casi el 98% de los rayos ultravioleta son retenidos por la atmósfera terrestre. La luz visible llega al suelo casi sin pérdidas. radiación infrarroja, aunque también son parcialmente absorbidos por moléculas de gas y partículas de polvo en el aire.

En este sentido, la radiación solar no provoca un aumento apreciable de la radiación radiactiva en la superficie terrestre. La contribución del Sol, junto con los rayos cósmicos, a la formación de la dosis total anual de radiación es de tan solo 0,3 mSv/año. Pero este es un valor promedio, de hecho, el nivel de radiación incidente en el suelo es diferente y depende de localización geográfica terreno.

¿Dónde es más fuerte la radiación ionizante solar?

El mayor poder de los rayos cósmicos se fija en los polos y el menor, en el ecuador. Esto se debe al hecho de que el campo magnético de la Tierra desvía las partículas cargadas que caen del espacio hacia los polos. Además, la radiación aumenta con la altura: a una altitud de 10 kilómetros sobre el nivel del mar, su cifra aumenta entre 20 y 25 veces. Influencia activa sobre altas dosis Los habitantes de las altas montañas están expuestos a la radiación solar, ya que la atmósfera en las montañas es más delgada y más fácil de atravesar desde el sol por las corrientes de gamma quanta y partículas elementales.

Importante. Un nivel de radiación de hasta 0,3 mSv/h no tiene un impacto grave, pero a una dosis de 1,2 µSv/h se recomienda abandonar el área y, en caso de emergencia, permanecer en su territorio por no más de seis meses. . Si las lecturas se duplican, debe limitar su estancia en esta zona a tres meses.

Si sobre el nivel del mar la dosis anual de radiación cósmica es de 0,3 mSv/año, entonces con un aumento de altura cada cien metros esta cifra aumenta en 0,03 mSv/año. Tras realizar unos pequeños cálculos podemos concluir que unas vacaciones semanales en la montaña a 2000 metros de altitud darán una exposición de 1 mSv/año y aportarán casi la mitad de la norma total anual (2,4 mSv/año).

Resulta que los habitantes de las montañas reciben una dosis anual de radiación muchas veces superior a la normal, y deberían sufrir leucemia y cáncer con más frecuencia que las personas que viven en las llanuras. En realidad, no lo es. Por el contrario, se registra una menor mortalidad por estas enfermedades en las regiones montañosas, y parte de la población es longeva. Esto confirma el hecho de que una estadía prolongada en lugares de alta actividad de radiación no impacto negativo sobre el cuerpo humano.

Llamaradas solares: alto riesgo de radiación

Las erupciones en el Sol son un gran peligro para los humanos y toda la vida en la Tierra, ya que la densidad del flujo de radiación solar puede exceder el nivel habitual de radiación cósmica en mil veces. Así, el destacado científico soviético A. L. Chizhevsky conectó los períodos de formación de manchas solares con epidemias de tifus (1883-1917) y cólera (1823-1923) en Rusia. Sobre la base de los gráficos que hizo, allá por 1930, predijo el surgimiento de una extensa pandemia de cólera en 1960-1962, que comenzó en Indonesia en 1961 y luego se extendió rápidamente a otros países de Asia, África y Europa.

Hoy se han recibido muchos datos que atestiguan la conexión de ciclos de once años de actividad solar con brotes de enfermedades, así como con migraciones masivas y estaciones de rápida reproducción de insectos, mamíferos y virus. Los hematólogos han encontrado un aumento en el número de infartos y accidentes cerebrovasculares durante los períodos de máxima actividad solar. Tales estadísticas se deben al hecho de que en este momento las personas tienen un aumento de la coagulación de la sangre, y dado que en los pacientes con enfermedades del corazón la actividad compensatoria está deprimida, hay fallas en su trabajo, hasta necrosis del tejido del corazón y hemorragias en el cerebro.

Largo erupciones solares No ocurren muy a menudo, una vez cada 4 años. En este momento, aumenta el número y el tamaño de las manchas, se forman poderosos rayos coronales en la corona solar, que consisten en protones y una pequeña cantidad de partículas alfa. Los astrólogos registraron su flujo más poderoso en 1956, cuando la densidad de la radiación cósmica en la superficie terrestre aumentó 4 veces. Otra consecuencia de tal actividad solar fue la aurora, registrada en Moscú y la región de Moscú en el año 2000.

¿Cómo protegerse?

Por supuesto, el aumento de la radiación de fondo en las montañas no es motivo para rechazar los viajes a las montañas. Es cierto que vale la pena pensar en las medidas de seguridad y hacer un viaje con un radiómetro portátil, que ayudará a controlar el nivel de radiación y, si es necesario, limitará el tiempo que se pasa en áreas peligrosas. En un área donde la lectura del medidor muestre un valor de radiación ionizante de 7 μSv/h, no debe permanecer por más de un mes.

Fuentes de calor. La energía térmica juega un papel decisivo en la vida de la atmósfera. La principal fuente de esta energía es el Sol. En cuanto a la radiación térmica de la Luna, planetas y estrellas, es tan despreciable para la Tierra que en la práctica no se puede tener en cuenta. Mucha más energía térmica es proporcionada por el calor interno de la Tierra. Según los cálculos de los geofísicos, una afluencia constante de calor desde las entrañas de la Tierra aumenta la temperatura de la superficie terrestre en 0,1. Pero tal entrada de calor es todavía tan pequeña que tampoco es necesario tenerla en cuenta. Por lo tanto, solo el Sol puede considerarse la única fuente de energía térmica en la superficie de la Tierra.

Radiación solar. El sol, que tiene una temperatura de la fotosfera (superficie radiante) de unos 6000°, irradia energía al espacio en todas las direcciones. Parte de esta energía en forma de un enorme haz de rayos solares paralelos incide sobre la Tierra. La energía solar que llega a la superficie terrestre en forma de rayos directos del sol se llama radiación solar directa. Pero no toda la radiación solar dirigida a la Tierra llega a la superficie terrestre, ya que los rayos del sol, al atravesar una poderosa capa de la atmósfera, son parcialmente absorbidos por ella, parcialmente dispersados ​​por moléculas y partículas de aire suspendidas, parte de ella es reflejada por nubes La porción de energía solar que se disipa en la atmósfera se llama radiación dispersa. La radiación solar dispersa se propaga en la atmósfera y alcanza la superficie terrestre. Percibimos este tipo de radiación como luz diurna uniforme, cuando el Sol está completamente cubierto por nubes o acaba de desaparecer por debajo del horizonte.

La radiación solar directa y difusa, que llega a la superficie terrestre, no es absorbida completamente por ésta. Parte de la radiación solar se refleja desde la superficie terrestre de regreso a la atmósfera y se encuentra allí en forma de una corriente de rayos, los llamados radiación solar reflejada.

La composición de la radiación solar es muy compleja, lo que se asocia a una muy alta temperatura superficie radiante del sol. Convencionalmente, según la longitud de onda, el espectro de la radiación solar se divide en tres partes: ultravioleta (η<0,4<μ видимую глазом (η de 0,4 μ a 0,76 μ) e infrarrojos (η > 0,76 μ). Además de la temperatura de la fotosfera solar, la composición de la radiación solar cerca de la superficie terrestre también está influenciada por la absorción y dispersión de parte de los rayos del sol cuando atraviesan la envoltura de aire de la Tierra. En este sentido, la composición de la radiación solar en el límite superior de la atmósfera y cerca de la superficie terrestre será diferente. Sobre la base de cálculos teóricos y observaciones, se ha establecido que en el límite de la atmósfera, la radiación ultravioleta representa el 5%, los rayos visibles, el 52% y los infrarrojos, el 43%. En la superficie de la tierra (a una altura del Sol de 40 °), los rayos ultravioleta representan solo el 1%, visible - 40% e infrarrojo - 59%.

Intensidad de la radiación solar. Bajo la intensidad de la radiación solar directa entendemos la cantidad de calor en calorías recibidas en 1 minuto. de la energía radiante del Sol por la superficie en 1 cm 2, colocada perpendicular al sol.

Para medir la intensidad de la radiación solar directa, se utilizan instrumentos especiales: actinómetros y pirheliómetros; la cantidad de radiación dispersada se determina mediante un piranómetro. El registro automático de la duración de la acción de la radiación solar se realiza mediante actinógrafos y heliógrafos. La intensidad espectral de la radiación solar se determina mediante un espectrobológrafo.

En el límite de la atmósfera, donde se excluyen los efectos de absorción y dispersión de la envoltura de aire de la Tierra, la intensidad de la radiación solar directa es de aproximadamente 2 heces para 1 cm 2 superficies en 1 min. Este valor se llama constante solar. La intensidad de la radiación solar en 2 heces para 1 cm 2 en 1 minuto da tal cantidad de calor durante el año que sería suficiente para derretir una capa de hielo 35 metro de espesor, si tal capa cubriera toda la superficie de la tierra.

Numerosas mediciones de la intensidad de la radiación solar dan motivos para creer que la cantidad de energía solar que llega al límite superior de la atmósfera terrestre experimenta fluctuaciones en la cantidad de varios por ciento. Las oscilaciones son periódicas y no periódicas, aparentemente asociadas con los procesos que ocurren en el propio Sol.

Además, durante el año se produce algún cambio en la intensidad de la radiación solar debido a que la Tierra en su rotación anual no se mueve en un círculo, sino en una elipse, en uno de cuyos focos se encuentra el Sol. En este sentido, la distancia de la Tierra al Sol cambia y, en consecuencia, hay una fluctuación en la intensidad de la radiación solar. La mayor intensidad se observa alrededor del 3 de enero, cuando la Tierra está más cerca del Sol, y la menor alrededor del 5 de julio, cuando la Tierra está a su máxima distancia del Sol.

Por esta razón, la fluctuación en la intensidad de la radiación solar es muy pequeña y solo puede tener un interés teórico. (La cantidad de energía a la distancia máxima está relacionada con la cantidad de energía a la distancia mínima, como 100:107, es decir, la diferencia es completamente insignificante).

Condiciones para la irradiación de la superficie del globo. Ya la forma esférica de la Tierra por sí sola conduce al hecho de que la energía radiante del Sol se distribuye de manera muy desigual en la superficie terrestre. Así, en los días de los equinoccios de primavera y otoño (21 de marzo y 23 de septiembre), sólo en el ecuador al mediodía, el ángulo de incidencia de los rayos será de 90° (Fig. 30), y a medida que se acerca a los polos, disminuirá de 90 a 0 °. De este modo,

si en el ecuador la cantidad de radiación recibida se toma como 1, entonces en el paralelo 60 se expresará como 0.5, y en el polo será igual a 0.

El globo, además, tiene un movimiento diario y anual, y el eje de la tierra está inclinado con respecto al plano de la órbita en 66°.5. Debido a esta inclinación se forma un ángulo de 23° 30 g entre el plano del ecuador y el plano de la órbita, esta circunstancia lleva a que los ángulos de incidencia de los rayos del sol para las mismas latitudes varíen dentro de 47 ° (23,5 + 23,5) .

Dependiendo de la época del año, no solo cambia el ángulo de incidencia de los rayos, sino también la duración de la iluminación. Si en los países tropicales en todas las épocas del año la duración del día y la noche es aproximadamente la misma, en los países polares, por el contrario, es muy diferente. Por ejemplo, a 70° N. sh. en verano, el Sol no se pone durante 65 días, a 80°N. sh.- 134, y en el polo -186. Por eso, en el Polo Norte, la radiación en el día del solsticio de verano (22 de junio) es un 36% mayor que en el ecuador. En cuanto a todo el semestre de verano, la cantidad total de calor y luz recibida por el polo es solo un 17% menos que en el ecuador. Así, en verano en los países polares, la duración de la iluminación compensa en gran medida la falta de radiación, que es consecuencia del pequeño ángulo de incidencia de los rayos. En la mitad invernal del año, el panorama es completamente diferente: la cantidad de radiación en el mismo Polo Norte será 0. Como resultado, la cantidad promedio de radiación en el polo es 2,4 veces menor que en el ecuador. De todo lo dicho se deduce que la cantidad de energía solar que recibe la Tierra por radiación está determinada por el ángulo de incidencia de los rayos y la duración de la exposición.

En ausencia de una atmósfera en diferentes latitudes, la superficie terrestre recibiría la siguiente cantidad de calor por día, expresada en calorías por 1 cm 2(ver tabla en la página 92).

La distribución de la radiación sobre la superficie terrestre dada en la tabla se denomina comúnmente clima solar. Repetimos que tenemos tal distribución de radiación solo en el límite superior de la atmósfera.

Atenuación de la radiación solar en la atmósfera. Hasta ahora hemos estado hablando de las condiciones para la distribución del calor solar sobre la superficie terrestre, sin tener en cuenta la atmósfera. Mientras tanto, la atmósfera en este caso es de gran importancia. La radiación solar, al atravesar la atmósfera, experimenta dispersión y, además, absorción. Ambos procesos juntos atenúan la radiación solar en gran medida.

Los rayos del sol, al atravesar la atmósfera, experimentan ante todo dispersión (difusión). La dispersión se crea por el hecho de que los rayos de luz, refractándose y reflejándose en las moléculas de aire y partículas de cuerpos sólidos y líquidos en el aire, se desvían del camino directo. a realmente "extendido".

La dispersión atenúa en gran medida la radiación solar. Con un aumento en la cantidad de vapor de agua y especialmente de partículas de polvo, la dispersión aumenta y la radiación se debilita. En las grandes ciudades y áreas desérticas, donde el contenido de polvo del aire es mayor, la dispersión debilita la fuerza de la radiación en un 30-45%. Gracias a la dispersión se obtiene la luz del día, que ilumina los objetos, aunque los rayos del sol no incidan directamente sobre ellos. La dispersión determina el color mismo del cielo.

Detengámonos ahora en la capacidad de la atmósfera para absorber la energía radiante del sol. Los principales gases que componen la atmósfera absorben relativamente poca energía radiante. Las impurezas (vapor de agua, ozono, dióxido de carbono y polvo), por el contrario, se distinguen por una alta capacidad de absorción.

En la troposfera, la mezcla más importante es el vapor de agua. Absorben especialmente los rayos infrarrojos (onda larga), es decir, predominantemente los rayos térmicos. Y cuanto más vapor de agua hay en la atmósfera, naturalmente más y. absorción. La cantidad de vapor de agua en la atmósfera está sujeta a grandes cambios. En condiciones naturales, varía de 0,01 a 4% (en volumen).

El ozono es muy absorbente. Una mezcla significativa de ozono, como ya se mencionó, se encuentra en las capas inferiores de la estratosfera (por encima de la tropopausa). El ozono absorbe los rayos ultravioleta (onda corta) casi por completo.

El dióxido de carbono también es muy absorbente. Absorbe principalmente rayos de onda larga, es decir, predominantemente térmicos.

El polvo en el aire también absorbe parte de la radiación solar. Al calentarse bajo la acción de la luz solar, puede aumentar significativamente la temperatura del aire.

De la cantidad total de energía solar que llega a la Tierra, la atmósfera absorbe solo alrededor del 15%.

La atenuación de la radiación solar por dispersión y absorción por la atmósfera es muy diferente para las distintas latitudes de la Tierra. Esta diferencia depende principalmente del ángulo de incidencia de los rayos. En la posición cenital del Sol, los rayos, cayendo verticalmente, cruzan la atmósfera de la manera más corta. A medida que disminuye el ángulo de incidencia, la trayectoria de los rayos se alarga y la atenuación de la radiación solar se vuelve más significativa. Esto último se ve claramente en el dibujo (Fig. 31) y la tabla adjunta (en la tabla, la trayectoria del rayo solar en la posición cenital del Sol se toma como unidad).

Dependiendo del ángulo de incidencia de los rayos, no solo cambia el número de rayos, sino también su calidad. Durante el período en que el Sol está en su cenit (arriba), los rayos ultravioleta representan el 4%,

visible - 44% e infrarrojo - 52%. En la posición del Sol, no hay rayos ultravioleta en el horizonte, visible 28% e infrarrojo 72%.

La complejidad de la influencia de la atmósfera sobre la radiación solar se ve agravada por el hecho de que su capacidad de transmisión varía mucho según la época del año y las condiciones meteorológicas. Entonces, si el cielo permaneció sin nubes todo el tiempo, entonces el curso anual de la entrada de radiación solar en diferentes latitudes podría expresarse gráficamente de la siguiente manera (Fig. 32) Se ve claramente en el dibujo que con un cielo sin nubes en Moscú en La radiación solar de mayo, junio y julio produciría más que en el ecuador. Del mismo modo, en la segunda quincena de mayo, en junio y la primera quincena de julio se generaría más calor en el Polo Norte que en el ecuador y en Moscú. Repetimos que así sería con un cielo sin nubes. Pero, de hecho, esto no funciona, porque la cobertura de nubes debilita significativamente la radiación solar. Pongamos un ejemplo que se muestra en el gráfico (Fig. 33). El gráfico muestra cuánta radiación solar no llega a la superficie de la Tierra: una parte importante de ella es retenida por la atmósfera y las nubes.

Sin embargo, hay que decir que el calor absorbido por las nubes se destina en parte a calentar la atmósfera, y en parte llega indirectamente a la superficie terrestre.

El curso diario y anual de la intensidad del sol.radiación nocturna. La intensidad de la radiación solar directa cerca de la superficie de la Tierra depende de la altura del Sol sobre el horizonte y del estado de la atmósfera (de su estado de polvo). Si. la transparencia de la atmósfera durante el día era constante, luego la intensidad máxima de la radiación solar se observaría al mediodía y la mínima, al amanecer y al atardecer. En este caso, la gráfica del curso de la intensidad diaria de la radiación solar sería simétrica respecto a medio día.

El contenido de polvo, vapor de agua y otras impurezas en la atmósfera cambia constantemente. En este sentido, se viola la transparencia de los cambios de aire y la simetría del gráfico del curso de la intensidad de la radiación solar. A menudo, especialmente en verano, al mediodía, cuando la superficie terrestre se calienta intensamente, se producen poderosas corrientes de aire ascendentes y aumenta la cantidad de vapor de agua y polvo en la atmósfera. Esto conduce a una disminución significativa de la radiación solar al mediodía; la máxima intensidad de radiación en este caso se observa en las horas previas al mediodía o de la tarde. El curso anual de la intensidad de la radiación solar también está asociado con los cambios en la altura del Sol sobre el horizonte durante el año y con el estado de transparencia de la atmósfera en las diferentes estaciones. En los países del hemisferio norte, la mayor altura del Sol sobre el horizonte se da en el mes de junio. Pero al mismo tiempo, también se observa la mayor cantidad de polvo de la atmósfera. Por lo tanto, la intensidad máxima generalmente no ocurre a mediados del verano, sino en los meses de primavera, cuando el Sol sale bastante alto * sobre el horizonte y la atmósfera después del invierno permanece relativamente limpia. Para ilustrar el curso anual de la intensidad de la radiación solar en el hemisferio norte, presentamos datos sobre los valores promedio mensuales al mediodía de la intensidad de la radiación en Pavlovsk.

La cantidad de calor procedente de la radiación solar. La superficie de la Tierra durante el día recibe continuamente calor de la radiación solar directa y difusa o solo de la radiación difusa (en tiempo nublado). El valor diario del calor se determina sobre la base de observaciones actinométricas: teniendo en cuenta la cantidad de radiación directa y difusa que ha entrado en la superficie terrestre. Habiendo determinado la cantidad de calor para cada día, también se calcula la cantidad de calor que recibe la superficie terrestre por mes o por año.

La cantidad diaria de calor que recibe la superficie terrestre procedente de la radiación solar depende de la intensidad de la radiación y de la duración de su acción durante el día. En este sentido, la entrada mínima de calor se produce en invierno y la máxima en verano. En la distribución geográfica de la radiación total sobre el globo, se observa su aumento con una disminución en la latitud del área. Esta posición es confirmada por la siguiente tabla.

El papel de la radiación directa y difusa en la cantidad anual de calor recibido por la superficie terrestre en diferentes latitudes del globo no es el mismo. En latitudes altas, la radiación difusa predomina en la suma de calor anual. Con una disminución de la latitud, el valor predominante pasa a la radiación solar directa. Así, por ejemplo, en la bahía de Tikhaya, la radiación solar difusa proporciona el 70 % de la cantidad anual de calor y la radiación directa solo el 30 %. En Tashkent, por el contrario, la radiación solar directa da el 70%, la difusa sólo el 30%.

Reflectividad de la Tierra. Albedo. Como ya se mencionó, la superficie terrestre absorbe solo una parte de la energía solar que le llega en forma de radiación directa y difusa. La otra parte se refleja en la atmósfera. La relación entre la cantidad de radiación solar reflejada por una superficie determinada y la cantidad de flujo de energía radiante que incide sobre esta superficie se denomina albedo. El albedo se expresa en porcentaje y caracteriza la reflectividad de un área determinada de la superficie.

El albedo depende de la naturaleza de la superficie (propiedades del suelo, presencia de nieve, vegetación, agua, etc.) y del ángulo de incidencia de los rayos del Sol sobre la superficie terrestre. Entonces, por ejemplo, si los rayos caen sobre la superficie de la tierra en un ángulo de 45 °, entonces:

De los ejemplos anteriores, se puede ver que la reflectividad de varios objetos no es la misma. Está más cerca de la nieve y menos cerca del agua. Sin embargo, los ejemplos que hemos tomado se refieren únicamente a aquellos casos en los que la altura del Sol sobre el horizonte es de 45°. A medida que este ángulo disminuye, la reflectividad aumenta. Entonces, por ejemplo, a una altura del Sol a 90 °, el agua refleja solo el 2%, a 50 ° - 4%, a 20 ° -12%, a 5 ° - 35-70% (dependiendo del estado del superficie del agua).

En promedio, con un cielo sin nubes, la superficie del globo refleja el 8% de la radiación solar. Además, el 9% refleja la atmósfera. Así, el globo en su conjunto, con un cielo sin nubes, refleja el 17% de la energía radiante del Sol que incide sobre él. Si el cielo está cubierto de nubes, entonces el 78% de la radiación se refleja en ellas. Si tomamos las condiciones naturales, basándonos en la relación entre un cielo sin nubes y un cielo cubierto de nubes, que se observa en la realidad, entonces la reflectividad de la Tierra en su conjunto es del 43 %.

Radiación terrestre y atmosférica. La tierra, al recibir energía solar, se calienta y se convierte en una fuente de radiación de calor en el espacio mundial. Sin embargo, los rayos emitidos por la superficie terrestre difieren marcadamente de los rayos del sol. La tierra emite únicamente rayos infrarrojos (térmicos) invisibles de onda larga (λ 8-14 μ). La energía emitida por la superficie terrestre se llama radiación terrestre. Se produce radiación terrestre y. día y noche. La intensidad de la radiación es mayor cuanto mayor es la temperatura del cuerpo radiante. La radiación terrestre se determina en las mismas unidades que la radiación solar, es decir, en calorías de 1 cm 2 superficies en 1 min. Las observaciones han demostrado que la magnitud de la radiación terrestre es pequeña. Por lo general, alcanza 15-18 centésimas de caloría. Pero, actuando de forma continua, puede dar un efecto térmico importante.

La radiación terrestre más fuerte se obtiene con un cielo despejado y buena transparencia de la atmósfera. La nubosidad (especialmente las nubes bajas) reduce significativamente la radiación terrestre y, a menudo, la lleva a cero. Aquí podemos decir que la atmósfera, junto con las nubes, es un buen "manto" que protege a la Tierra del enfriamiento excesivo. Partes de la atmósfera, como áreas de la superficie terrestre, irradian energía de acuerdo con su temperatura. Esta energía se llama radiación atmosférica. La intensidad de la radiación atmosférica depende de la temperatura de la parte radiante de la atmósfera, así como de la cantidad de vapor de agua y dióxido de carbono que contiene el aire. La radiación atmosférica pertenece al grupo de las radiaciones de onda larga. Se propaga en la atmósfera en todas direcciones; una parte llega a la superficie de la tierra y es absorbida por ella, la otra parte va al espacio interplanetario.

O ingresos y gastos de energía solar en la Tierra. La superficie terrestre, por un lado, recibe energía solar en forma de radiación directa y difusa, y por otro lado, pierde parte de esta energía en forma de radiación terrestre. Como resultado de la llegada y consumo de energía solar, se obtiene algún resultado. En algunos casos, este resultado puede ser positivo, en otros negativo. Pongamos ejemplos de ambos.

8 de enero El día está despejado. Para 1 cm 2 la superficie de la tierra recibió por día 20 heces radiación solar directa y 12 heces radiación dispersa; en total, así recibió 32 California. Durante el mismo tiempo, debido a la radiación 1 ¿cm? superficie terrestre perdida 202 California. Como resultado, en el lenguaje contable, hay una pérdida de 170 heces(balance negativo).

6 de julio El cielo está casi despejado. 630 recibidos de la radiación solar directa California, de la radiación dispersa 46 California. En total, por lo tanto, la superficie terrestre recibió 1 cm 2 676 California. 173 perdidos por radiación terrestre California. En el balance de ganancias en 503 heces(saldo positivo).

De los ejemplos anteriores, entre otras cosas, queda bastante claro por qué en las latitudes templadas hace frío en invierno y calor en verano.

El aprovechamiento de la radiación solar con fines técnicos y domésticos. La radiación solar es una fuente natural inagotable de energía. La magnitud de la energía solar en la Tierra se puede juzgar con el siguiente ejemplo: si, por ejemplo, usamos el calor de la radiación solar, que cae solo en 1/10 del área de la URSS, entonces podemos obtener energía igual al trabajo de 30 mil Dneproges.

La gente ha buscado durante mucho tiempo utilizar la energía gratuita de la radiación solar para sus necesidades. Hasta la fecha se han creado muchas instalaciones solares diferentes que funcionan con el aprovechamiento de la radiación solar y son muy utilizadas en la industria y para cubrir las necesidades domésticas de la población. En las regiones del sur de la URSS, los calentadores solares de agua, las calderas, las plantas desalinizadoras de agua salada, los secadores solares (para secar frutas), las cocinas, los baños, los invernaderos y los aparatos para fines médicos funcionan sobre la base del uso generalizado de la radiación solar en industria y servicios públicos. La radiación solar es muy utilizada en los balnearios para el tratamiento y promoción de la salud de las personas.

La radiación solar es la energía de la radiación solar que llega a la Tierra en forma de una corriente de ondas electromagnéticas.

El sol esparce una poderosa radiación electromagnética a su alrededor. Solo una dos mil millonésima parte entra en la atmósfera superior de la Tierra, pero son 2.500.000.000 billones de calorías por minuto.

Lejos de que todo el flujo de energía llegue a la superficie de la Tierra, la mayor parte es devuelta por el planeta al espacio mundial. La tierra refleja el ataque de esos rayos que son destructivos para la materia viva que habitaba el planeta. El principal "protector" de la vida es el ozono, que se forma en la atmósfera superior, a una altitud de 10 a 30 km. La "pantalla" de ozono también absorbe una parte importante de la radiación térmica de la superficie terrestre y luego devuelve calor a la Tierra, creando el llamado efecto invernadero. Con un aumento en la intensidad de la radiación solar, también aumenta la cantidad de ozono en la atmósfera y aumenta su efecto de calentamiento.

En su camino hacia la Tierra, los rayos del sol encuentran obstáculos en forma de vapor de agua que llena la atmósfera, moléculas de dióxido de carbono y partículas de polvo suspendidas en el aire. El "filtro" atmosférico absorbe una parte importante de los rayos, los dispersa, los refleja. La reflectividad de las nubes es especialmente alta. Como resultado, la superficie terrestre recibe directamente solo 2/3 de la radiación que transmite la pantalla de ozono. Pero incluso desde esta parte, mucho se refleja de acuerdo con la reflectividad de varias superficies (la nieve se refleja más intensamente).

La "contabilidad" de la radiación solar para todo el globo se forma de la siguiente manera. En el límite superior de la atmósfera, cada centímetro cuadrado de la superficie de un plato colocado perpendicularmente a los rayos del sol recibirá 2 calorías por minuto. Este valor se llama constante solar.

Un poco más de 100.000 calorías por 1 cm2 por minuto llegan a toda la superficie de la tierra. Esta radiación es absorbida por la vegetación, el suelo, la superficie de los mares y océanos. Se convierte en calor, que se gasta en calentar las capas de la atmósfera, el movimiento de las masas de agua y aire, y la creación de toda la gran variedad de formas de vida en nuestro vasto planeta.

La radiación solar llega a la superficie terrestre de diferentes maneras: directamente del Sol, si no está cubierta por nubes (radiación directa); de la bóveda del cielo y de las nubes que esparcen la luz solar directa (dispersa o difusa); de la atmósfera calentada como resultado de la absorción de radiación (térmica o de onda larga). La radiación directa y difusa llega solo durante el día. Juntos forman la radiación total o integral. Aquella radiación solar, que permanece después de la pérdida por reflexión desde la superficie, se denomina absorbida. La radiación solar se mide con instrumentos. Se llaman actinométricos. (de la palabra griega "actinos" - un rayo).

En los últimos años, se ha prestado cada vez más atención al problema del uso de la energía solar en la economía nacional. De hecho, el Sol inunda la Tierra con todo un océano de energía, que es prácticamente inagotable. La humanidad necesita aprender cómo recolectar esta energía y transformarla en otras formas que sean convenientes para su uso. El Instituto de Energía Solar establecido en Ashgabat se dedica al estudio de este problema en nuestro país.

Ya se han desarrollado varios tipos de instalaciones solares ("helios" - en griego el sol). Su tarea es aumentar la densidad de la energía solar dispersa. Es posible aumentar la concentración de energía solar solo con la ayuda de grandes espejos que enfocan los rayos. Los espejos paraboloides aumentan la temperatura en el foco a 3600°C. Casi todos los metales se funden a esta temperatura; La fundición solar proporciona una pureza excepcional de las aleaciones, es el futuro.

Destiladores solares, calentadores de agua, secadores ya están funcionando en diferentes países. Se han creado muestras compactas de "cocinas solares" para quienes viven en el desierto, para pastores, constructores, geólogos. Los satélites artificiales lanzados desde la Tierra, las naves espaciales y los laboratorios funcionan completamente con la energía de la radiación solar.