Tính toán năng lượng mặt trời
Theo Einstain thì năng lượng sinh ra tính theo công thức: E = C2.?m
trong đó: hằng số C = 107 jun, ?m = (4mH1 ư mHe4)
? Nếu có 1g H2 phản ứng thì ?m = 0,01g nên E = 1012 jun. Cứ mỗi giây tiêu
hao 4 tấn H2 nên năng lượng sinh ra tới 4.1018jun/s. hay bằng là 5,7.1016
Kcal/phút.
? Hằng số mặt trời là năng lượng BXMT chiếu trên 1 cm2, trong 1 phút của
mặt cầu tưởng tượng có tâm là mặt trời và bán kính là 1 ĐVTV, (chính là
ở giới hạn ngoài của khí quyển trái đất) bằng 2 + 3,5% Cal/cm2/phút
(Odum ư 1971). 1 ĐVTV = 149.6.106 km là khoảng cách TB từ TĐ đến MT
? Năng lượng toàn phần của mặt trời chiếu trên một mặt cầu tưởng
tượng có tâm là mặt trời và bán kính là 1 ĐVTV được gọi là công suất
mặt trời (W).
? Vậy W = 4?R2.I0 W = 3,86.1026 jun/s (hay watt).
? Mặt trời còn phát ra các hạt electron và pozitron gọi là gió mặt trời, gây
ra bão từ ở trái đất.
7 trang |
Chia sẻ: trungkhoi17 | Lượt xem: 501 | Lượt tải: 0
Bạn đang xem nội dung tài liệu Bài giảng Khí tượng nông nghiệp - Chương 1: Năng lượng bức xạ mặt trời, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
7/18/15
1
Ch-ơng I. năng l-ợng bức xạ mặt trời
1.1. Đặc điểm vật lý và
nguồn gốc năng lượng mặt trời
mặt trời có = 1,39.106 km, V = 1,41.1018km3. Nhiệt độ
quang cầu 6000 0K, vùng lõi 15.106 0K, sắc cầu 2. 106 0K, nhật
hoa 20.103 0K.
Thành phần mặt trời gồm 70 - 71% thể tích là H2, 27 - 29%
là Heli và 1 - 3% là các khí khác. Dới áp suất và nhiệt độ rất
lớn, phản ứng nhiệt hạch xảy ra tạo ra năng l-ợng khổng lồ
nêu trên:
H2 He + Q
Phản ứng xảy ra 3 bớc:
B1. H1 + H1 = H2 +
B2. H2 + H1= He3 + + e
B3. He3 + He3 = He4 + 2H1
1. vùng lõi (core)
7. Tai lửa (Sunspot)
6 7
Cấu tạo
mặt trời
2. vùng phát xạ (Radiation layer)
3. vùng đối lu (Convective layer)
4. quang cầu (Photosphere)
5. sắc cầu (Chromosphere)
6. nhật hoa (Corona)
1 4 3 2 5
1. vùng lõi
2. vùng phát xạ
3. vùng đối lu
4. quang cầu
5. sắc cầu
6. nhật hoa
7. Tai lửa
6 7
Cấu tạo mặt trời Hoạt động của Mặt trời
Sơ đồ Hệ mặt trời của Nicola Côpecnic
Tính toán năng l-ợng mặt trời
Theo Einstain thì năng l-ợng sinh ra tính theo công thức: E = C2.m
trong đó: hằng số C = 107 jun, m = (4mH1 - mHe4)
Nếu có 1g H2 phản ứng thì m = 0,01g nên E = 10
12 jun. Cứ mỗi giây tiêu
hao 4 tấn H2 nên năng l-ợng sinh ra tới 4.10
18jun/s. hay bằng là 5,7.1016
Kcal/phút.
Hằng số mặt trời là năng l-ợng BXMT chiếu trên 1 cm2, trong 1 phút của
mặt cầu t-ởng t-ợng có tâm là mặt trời và bán kính là 1 ĐVTV, (chính là
ở giới hạn ngoài của khí quyển trái đất) bằng 2 + 3,5% Cal/cm2/phút
(Odum - 1971). 1 ĐVTV = 149.6.106 km là khoảng cách TB từ TĐ đến MT
Năng l-ợng toàn phần của mặt trời chiếu trên một mặt cầu t-ởng
t-ợng có tâm là mặt trời và bán kính là 1 ĐVTV đ-ợc gọi là công suất
mặt trời (W).
Vậy W = 4R2.I0 W = 3,86.10
26 jun/s (hay watt).
Mặt trời còn phát ra các hạt electron và pozitron gọi là gió mặt trời, gây
ra bão từ ở trái đất.
Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nụng Học ) - Học Viện Nụng Nghiệp Việt Nam
https://sites.google.com/site/lophocphank57vnua/
7/18/15
2
Xuân phân (21/III)
Thu phân (23/IX)
Hạ chí (22/VI)
Đông chí (22/XII)
147.106 Km (3/I)
152.106 km (5/VII)
1.2. Đặc diểm thiờn văn Hệ mặt trời – Trỏi đất
Đơn vị c-ờng độ BXMT
Cal/cm2/phút (Bội số Kcal/cm2/năm)
100 lux = 1Watt/m2
1 microeinsteins/m2/s = 10 lux
1 lengli = 1 cal/cm2
1 cal/cm2/phút = 69 930 lux
1 Jun = 0,24 calo
1 watt = 14,3 calo
Gọi Q là năng l-ợng
của chùm tia sáng:
Q = I.[AB] = S'.[CB]
S' là năng l-ợng trên A
mặt nằm ngang I h0
[AB] S'
S' = I. -----
[CB] C B
mặt nằm ngang
Hình 1. Sơ đồ trực xạ trên bề mặt nằm ngang
S' = I.sinh0
1.3. Cường độ Bức xạ mặt trời
Chế độ mặt trời vựng nội chớ tuyến
Chuyển động biểu kiến của mặt trời (Solar zenith)
Sự hấp thụ bức xạ súng ngắn và súng dài bởi một số cỏc chất khớ
trong bầu khớ quyển (Fleagle & Businger 1980)
CO2 là chất khớ nhà kớnh chủ yếu,
nếu khụng cú CO2, nhiệt độ của trỏi đất = -18
oC
Hình 1.2. Phổ bức xạ mặt trời chiếu xuống mặt đất (Gates, 1965)
[Khi xuyên qua khí quyển (I) ; mặt biển nhận đ-ợc vào ngày trời nắng (II); xuyên
qua lớp mây dày (III); xuyên qua thảm thực vật (IV) xuyên qua mái kính (V)].
Ôxy (O2) hấp thu: bớc sóng 0,69 - 0,76 và < 0,2
Ôzôn (O3) hấpthu: bớc sóng 0,2 - 0,32 và 0,43 - 0,75
Cacbonic (CO2) hấp thu: 2,05 - 2,7 ; 4,3 và 12,9 - 17,1.
Hơi nớc (H2O) hấp thu: bớc sóng 0,58 - 0,61, 0,68 - 0,73 và 4 - 40.
Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nụng Học ) - Học Viện Nụng Nghiệp Việt Nam
https://sites.google.com/site/lophocphank57vnua/
7/18/15
3
Hỡnh 1.3. Sơ đồ đường đi của tia sỏng trong khớ quyển
Bảng 2. Khối l-ợng khí quyển (m) tia sáng đi qua ứng với độ cao mặt trời (ho)
độ cao mặt trời
(ho)
90o 70o 60o 50o 40o 30o 20o 10o 5o 3o 1o 0o
Khối l-ợng khí
quyển (m)
1,0 1,06 1,15 1,3 1,55 2,0 2,9 5,6 10,4 15,3 28,9 37,4
Hình 1.4. Độ cao mặt trời và đ-ờng đi của tia
sáng trong khí quyển ở các vĩ độ
I = I0.P
m
Trực xạ (S): Phần năng l-ợng BXMT chiếu xuống mặt đất d-ới dạng
các tia song song, trực tiếp từ mặt trời.
S là chỉ tiêu đánh giá khí hậu của các vùng,
S phụ thuộc: vĩ độ, độ cao địa hình, mùa trong năm, thời tiết...
Tán xạ (D): Phần năng l-ợng BXMT chiếu xuống mặt đất sau khi bị
khuyếch tán ở trong khí quyển.
Định luật Roley: D tỷ lệ nghịch với luỹ thừa bậc 4 của b-ớc sóng và
kích th-ớc của phần tử gây khuyếch tán:
C
D = --- I
4
1
D = --- Io (1- P
m) sinho
2
Tổng xạ (Q): Q = S + D
Hình 2. Phân bố trung bình năm của tổng xạ (Kcal/cm2/năm)
Bức xạ sóng dài mặt đất (Eđ) và bức xạ nghịch khí
quyển (EKQ)
Công thức Stefan-Boltzmann:
= 0,826.10-10 [cal/cm2/phút.độ-4]
T nhiệt độ của vật bức xạ (0K)
Khả năng bức xạ t-ơng đối của mặt đất
Loại bề mặt Loại bề mặt
Vật đen tuyệt đối 1,00 đồng cỏ 0,94
đất đen 0,87 mặt n-ớc 0,96
Cát 0,89 mặt tuyết 0,99
Biểu thức Wien:
Hằng số b = 2,886.10-3 mm.độ
Eo = .T
4
Eđ = ..T
4
max = b/T
Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nụng Học ) - Học Viện Nụng Nghiệp Việt Nam
https://sites.google.com/site/lophocphank57vnua/
7/18/15
4
Bức xạ phản chiếu sóng ngắn (Rn)
Là phần bức xạ mặt trời chiếu xuống mặt đất bị phản xạ trở lại
khí quyển.
Rn phụ thuộc đặc điểm bề mặt phản xạ (do màu sắc, độ nhẵn,
cấu trúc khác nhau)
Albedo: Rn
A% = --------- 100
Q
Bảng 3. Trị số albedo trên các loại bề mặt (%)
Bề mặt phản xạ Albedo Bề mặt phản xạ Albedo
Đất đen 5-15 Cánh đồng bông 20-25
Đất xám -ớt 10-20 Rừng th-ờng xanh 10-20
Đất sét 20-35 Rừng lá to 15-20
Đất cát khô 25-45 Rừng lá kim 10-15
Ruộng khoai tây 15-25 Mặt n-ớc 70-85
Đồng lúa 15-25 Măt tuyết mới rơi 80-95
Hình 3. Phân bố cân bằng bức xạ hàng năm (Kcal/cm2/năm)
Cân bàng bức xạ: B = S + D + EKQ- Eđ - Rn
Lượng bức xạ súng
dài đi ra khỏi bầu
khớ quyển hàng năm
Lượng bức
xạ súng
ngắn mặt
đất nhận
được hàng
năm
B<0
B>0
Bức xạ quang hợp
(PAR - Photosynthesis Active Radiation):
PAR = Cs . S
PAR = CD . D
PAR = CQ . Q
Trong đó: CS là hệ số trực xạ (CS = 0,2 - 0,45)
CD là hệ số tán xạ (CD = 0,5 - 0,8)
CQ là hệ số tổng xạ (CQ = 0,52)
1. Giống có năng suất cao: thấp cây,
lá đứng, góc lá nhỏ có hiệu suất
quang hợp cao (kiểu cây lý tởng)
2. Giống có năng suất thấp: cao
cây, lá nằm ngang, góc lá lớn (kiểu
cây có hiệu suất quang hợp thâp)
Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nụng Học ) - Học Viện Nụng Nghiệp Việt Nam
https://sites.google.com/site/lophocphank57vnua/
7/18/15
5
Hỡnh 1.10. Loài hoa phong lan ưa búng
Hỡnh 1.11. Nho là cõy ưa sỏng
Quang chu kỳ
Khái niệm: Sự lặp đi lặp lại của độ dài thời gian chiếu sáng mỗi
ngày.
Quang chu kỳ thiên văn: thay đổi theo vĩ độ địa lý
Quang chu kỳ địa ph-ơng
Bảng 4. Quang chu kỳ ở một số vĩ độ địa lý (Sunghin - 1987)
Đơn vị: (giờ.phút)
Tháng Vĩ độ địa lý
0o 10o 20o 30o 40o 50o 60o 70o
I
II
III
IV
V
VI
VII
VIII
IX
X
XI
XII
12,54
12,51
12,51
12,50
12,53
12,53
12,54
12,51
12,50
12,51
12,51
12,53
12,22
12,35
12,48
13,06
13,21
13,31
13,26
13,13
12,55
12,39
12,25
12,21
11,54
12,18
12,46
13,24
13,55
14,12
14,04
13,37
13,00
12,27
12,00
11,47
11,19
12,01
12,48
13,47
14,35
15,02
14,48
14,06
13,02
12,17
11,31
10,09
10,41
11,39
12,49
14,13
15,27
16,08
15,51
14,47
13,26
12,06
11,00
10,26
9,49
11,16
12,57
14,55
16,45
17,50
17,24
15,46
13,46
11,57
10,19
9,26
8,32
10,42
13,08
16,07
19,16
22,19
20,46
17,37
14,23
11,41
9,26
7,54
5,44
9,40
13,36
18,55
24,00
24,00
24,00
23,16
15,38
11,18
7,12
4,16
Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nụng Học ) - Học Viện Nụng Nghiệp Việt Nam
https://sites.google.com/site/lophocphank57vnua/
7/18/15
6
Hỡnh 1 12. Hoa cỳc mựa thu (QCK - 11h)
Hỡnh 1.13. Hoa Thanh Long (QCK > 13h)
Hỡnh 1.14. Hoa và củ khoai tõy Hỡnh 1.15. Hoa Cỏt tường (QCK – 16h)
Quang phổ bức xạ mặt trời
Quang phổ BX mặt trời rất rộng, từ tia đến sóng vô tuyến và có 2 vạch đen:
+/ Vạch Frongofer (do khí quyển mặt trời hấp thu)
+/ Vạch Telure (do khí quyển trái đất hấp thu)
Năng lợng tập trung ở cá vùng tử ngoại, nhìn thấy và hồng ngoại
1. Tia tử ngoại: (0,2à – 0,39à): chiếm 7% tổng năng lợng BXMT, nhng chỉ có 1% xuống tới
mặt đất.
Kìm hãm sinh trởng chiều cao thực vật
Nhóm A: gây ban đỏ, tạo thành sắc tố da (ảnh hởng tới thể nhiễm sắc)
Nhóm B: Kích thích hoạt động steroid sinh học (biến esgosterine D2 – tiền VTMD thành
VTMD3 - 7 dehydro colesterine...)
Nhóm C: gây ung th da, bị hấpthu do tầng ôzôn khí quyển.
2. Tia nhin thấy (0,39à – 0,76à): chiếm 43% tổng nang lợng BXMT, gồm các tia đơn sắc
(đỏ, da cam, vàng, lục, lam, chàm, tím).
Cung cấp nang lợng cho cây trồng quang hợp (tia đỏ và tia lam là bức xạ sinh lý)
Giúp ngời và động vật nhin đợc màu sắc, hinh khối...
Làm tang nhiệt độ mặt đất và không khí, duy tri khí hậu trái đất...
3. Tia hồng ngoại: (0,76à - 24,0à): chiếm 50% tổng năng l-ợng MT,
đ-ợc gọi là tia nhiệt. Kích thích sinh tr-ởng chiều cao cây.
Đốt nóng mặt đất và không khí, gây hiệu ứng nhà kính.
S-ởi ấm trong mùa đông cho động, thực vật.
Năng l-ợng Nhóm tia
bức xạ
Đ ộ dài sóng
() Cal/cm2.phút (%)
Ghi chú
Tử ngoai
C
B
A
0,20 - 0,39
0.20 - 0,28
0,29 - 0,32
0,33 - 0,39
0,140
0,008
0,025
0,107
7,0
0,4
1,2
5,4
O3 hấp thu
Trông thấy
A
B
C
0,39 -0,76
0,39 - 0,52
0,52 - 0,62
0,62 - 0,76
0,910
0,350
0,300
0,260
46,0
18,0
15,0
13,0
Tím, chàm,
lục, vàng,
da cam, đỏ
Hồng ngoại
A
B
C
0,76 - 24,00
0,76 - 1,40
1,40 - 3,00
3,00 - 24,00
0,930
0,640
0,250
0,040
47,0
32,0
13,0
2,0
Gần đỏ
Tổng số 0,20 - 24,00 1,980 100,0
Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nụng Học ) - Học Viện Nụng Nghiệp Việt Nam
https://sites.google.com/site/lophocphank57vnua/
7/18/15
7
Sử dụng năng lượng BX mặt trời
Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nụng Học ) - Học Viện Nụng Nghiệp Việt Nam
https://sites.google.com/site/lophocphank57vnua/
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- bai_giang_khi_tuong_nong_nghiep_chuong_1_nang_luong_buc_xa_m.pdf