L’ENERGIA SOLAREA cura di: Viada Chiara, Carle

Erika, Magnone Elisa, Campanini Manuela, Sampò Matteo

OBIETTIVI

1. Misurare l’irradiamento prodotto dal Sole al livello della superficie terrestre.

2. Stimare il valore della costante solare.3. Stimare il valore della temperatura

superficiale del Sole.

COSTANTE SOLARE: indica la quantità di radiazione che arriva sulla Terra dal Sole per unità di superficie e per unità di tempo (dunque una potenza per unità di superficie), misurata all’esterno dell’atmosfera terrestre,su un piano perpendicolare ai raggi.

IRRADIAMENTO: rapporto fra l’energia che giunge in intervallo di tempo ∆t su una superficie S disposta perpendicolarmente ala radiazione e il prodotto della superficie S per l’intervallo di tempo ∆t; numericamente è pari all’energia che incide in un secondo su un metro quadrato di superficie disposta perpendicolarmente alla radiazione.

0.0

1.5

3.0

4.5

6.0

7.5

9.010

.512

.013

.515

.016

.518

.019

.521

.022

.524

.025

.527

.028

.530

.031

.533

.034

.536

.037

.539

.00.00

10.00

20.00

30.00

40.00

50.00

60.00

70.00

Tempo (min)

Tem

pera

tura

(°C

)

Grafico rappresentante

l’andamento della

temperatura, in funzione del

tempo, del primo pannello.

Pannello di alluminio ricoperto da una vernice nera opaca. Dietro questi pannelli è messo, a stretto contatto, un sensore di temperatura. Questo pannello è anche munito di un termometro elettrico.

MATERIALE

PROGETTAZIONE

Quando la lastrina è esposta ai raggi solari, essa riceve energia raggiante che in parte fa aumentare la sua temperatura e in parte viene riemessa nell’ambiente circostante, per irraggiamento e convezione, poiché l’ambiente è a temperatura inferiore.

Per ricavare il valore di Qi dobbiamo ricavare Qs e Qd.

La quantità Qs vale, secondo la relazione fondamentale della calorimetria:

Dove è l’aumento di temperatura della lastrina nell’unità di tempo in fase di riscaldamento.

Per calcolare Qd dobbiamo servirci della fase di raffreddamento. Mentre il pannello è schermato, dobbiamo presumere che esso disperda calore verso l’ambiente con la stessa rapidità con cui lo faceva quando era illuminato dal Sole, a parità di temperatura. Facendo riferimento quindi allo stesso intervallo di temperatura utilizzato per calcolare Qs, possiamo ottenere il valore Qd con la formula:

Tempo (min)

Temperatura (°C)

0,0 25,47

0,5 26,79

1,0 29,51

1,5 32,27

2,0 34,93

2,5 37,51

3,0 39,87

3,5 41,86

4,0 43,43

4,5 45,21

5,0 46,67

5,5 48,33

6,0 49,97

6,5 51,26

Tempo (min)

Temperatura (°C)

7,0 52,26

7,5 53,04

8,0 53,04

8,5 53,36

9,0 54,53

9,5 55,53

10,0 56,18

10,5 56,63

11,0 57,37

11,5 57,49

12,0 58,22

12,5 58,73

13,0 58,46

13,5 58,86

Tempo (min)

Temperatura (°C)

21,0 61,99

21,5 59,85

22,0 57,75

22,5 55,74

23,0 53,87

23,5 52,16

24,0 50,25

24,5 48,55

25,0 46,88

25,5 45,62

26,0 44,13

26,5 42,77

27,0 41,31

27,5 39,82

Tempo (min)

Temperatura (°C)

14,0 59,26

14,5 59,92

15,0 60,75

15,5 61,21

16,0 61,18

16,5 61,49

17,0 62,07

17,5 62,62

18,0 62,74

18,5 63,15

19,0 63,16

19,5 63,21

20,0 63,72

20,5 63,9

0.0

2.5

5.0

7.5

10.0

12.5

15.0

17.5

20.0

22.5

25.0

27.5

30.0

32.5

35.0

37.5

40.0

0.00

10.00

20.00

30.00

40.00

50.00

60.00

70.00

Curva di temperatura, in funzione del tempo, del primo pannello.

Tempo (min)

Tem

pera

tura

(°

C)

IRRADIAMENTO PRODOTTO DAL SOLE AL LIVELLO DELLA SUPERFICIE TERRESTRE

CALCOLO DELLA COSTANTE SOLARE

Per passare dal valore da noi ottenuto della potenza specifica a quello ad AM0 (costante solare), incrementiamo il valore ottenuto in proporzione ai valori comunemente accettati (1000 W/m2 ad AM1 e 1350 W/m2 ad AM0).

CALCOLO DELLA TEMPERATURA SUPERFICIALE DEL SOLE

CONCLUSIONI

Condizioni in cui l’esperienza si è svolta: Cielo leggermente velato; Sole non ancora al culmine del suo percorso giornaliero; Periodo dell’anno in cui il Sole non raggiunge la massima

altezza sul’orizzonte; Presenza di una leggera brezza; Alcune imprecisioni nell’inseguimento del Sole.

Irradiamento al suolo: il valore ufficiale, in condizioni di tempo sereno, assenza di vento, Sole allo zenit, è di 1000 W/m2. La media dei valori ottenuti con i tre pannelli è 816 W/m2. L’errore percentuale è del 18 %, elevato, ma non eccessivo, considerate le condizioni di misurazione. Questo valore risente anche della valutazione del coefficiente di assorbimento della vernice.

Temperatura superficiale del Sole: dai nostri calcoli è risultata circa 5500 K, non lontana dai 5700 – 5800 K normalmente indicati come temperatura fotosferica della nostra stella.

Consigli: Schermare maggiormente i pannelli dal vento (senza aumentare però

la radiazione riflessa); Scegliere una giornata serena; Eseguire l’esperienza al mezzogiorno solare; Eseguire l’esperienza in giugno, quando il Sole è più alto sull’orizzonte; Determinare con maggiore accuratezza il coefficiente di assorbimento

della vernice nera; Valutare in modo più accurato l’assorbimento atmosferico nel calcolo

della costante solare.

GRAZIE PER L’ATTENZIONE