Energia dalla Luce II. Il Sole La luce solare Misurazione della luce Il calore Trasformazione della luce in calore

Transcript

1 Energia dalla Luce II Il Sole La luce solare Misurazione della luce Il calore Trasformazione della luce in calore

2 classificazione delle onde elettromagnetiche FREQUENZA (Hertz) LUNGHEZZA D'ONDA (metri) TIPO Onde radio Microonde Raggi infrarossi Luce visibile Raggi ultravioletti Raggi X Raggi gamma Raggi cosmici spettro elettromagnetico

3 Il Sole Cosa è il Sole Il meccanismo di funzionamento La radiazione emessa

4 Il SOLE: una stella

5

6 3.83 x 1026 W Gli atomi di idrogeno del nucleo si separano in protoni ed elettroni. L'energia termica è così alta che i protoni, quando si incontrano casualmente, vincono la repulsione elettrica tra cariche dello stesso segno e si uniscono a formare un nucleo di elio. Ogni secondo, 594 milioni di tonnellate di idrogeno vengono convertite, rilasciando un'energia pari a 383 miliardi di miliardi di megajoule. Questa energia è pari alla massa di 4 milioni di tonnellate (le altre 590 vengono convertite in elio). Quindi il sole si alleggerisce ogni secondo di 4 milioni di tonnellate. La sua massa totale è abbastanza grande perché, anche dopo 10 miliardi di anni di vita attiva, la sua massa si riduca solo impercettibilmente.

7 L'energia liberata dalla fusione nucleare si presenta inizialmente sottoforma di fotoni gamma, che partono per la tangente alla velocità della luce. Essi però non possono fare molta strada, perché vista l'alta densità saranno presto assorbiti da un atomo sul loro cammino, il quale li riemetterà in una direzione diversa e con uno spettro di frequenze più ampio. Il ciclo si ripeterà parecchie volte, finché i fotoni non raggiungono la superficie del Sole e lo lasciano alla volta dello spazio interplanetario. Si calcola che questo trasporto di energia dall'interno all'esterno del Sole duri ben 10 milioni di anni. I neutrini, altro sottoprodotto delle reazioni di fusione nucleare, passano invece quasi indisturbati attraverso la materia, ed escono dal Sole in linea retta.

8 Present age: years Mean density 14.1 kg/m3 Life expectancy: years Center density 1,600 kg/m3 Distance to earth: Solar radiation: mean m = 1.000AU entire sun W variation to AU unit area of surface W/m2 Diameter (photosphere) m at 1 AU (i.e. the solar constant) 1,367 W/m2 Angular diameter (from earth): radians Temperature: Variation ±1.7% center 15,000,000 K Volume (photosphere): m3 surface (photosphere) 6,050 K Mass: kg chromosphere 4,300-50,000 K hydrogen 73.46% corona 800,000-3,000,000 K helium 24.85% Rotation: oxygen 0.77% solar equator 26.8 days carbon 0.29% 30º latitude 28.3 days iron 0.16% 60º latitude 30.8 days neon 0.12% 75º latitude 31.8 days nitrogen, silicon, magnesium, sulfur, etc. <0.1% Rate of mass loss: kg/s

9 La costante solare

10 Effetto dell'angolo di raccolta Intensità prop. cos( )

11 Effetto della latitudine Orientamento orizzontale Orientamento perpendicolare al sole

12 Spettro solare Parte visibile dello spettro

13 spettro di radiazione di corpo nero spettro di radiazione di corpo nero

14 Effetto della atmosfera Al suolo arrivano da 500 a 1000 W/m2 a seconda delle condizioni atmosferiche

15 Assorbimento dell'atmosfera

16 Radiazione ricevuta al suolo con cielo sereno e nuvoloso

17 Sistemi di conversione di energia solare in calore

18 Sistemi di conversione di energia solare in calore

19

20 Sistemi di conversione di energia solare in calore

21 Sistemi di conversione di energia solare in calore

22 Concentratore uniassiale

23 Concentratore parabolico

24 Progetto Archimede la centrale termoelettrica di Priolo Gargallo (SR) di una serie di 360 specchi in grado di convogliare il calore del sole e consentire la produzione di vapore il quale muovendo delle turbine produrrà potenza elettrica pari a 5 MW

25 Conversione luce calore Forme di energia: Energia meccanica Energia termica Calore Temperatura Relazione tra temperatura e calore prima legge termodinamica calorimetria

26 Definizioni relative alla luce Flusso luminoso: Unità di misura: Lumen [lm]. Per flusso luminoso si intende l intera potenza irradiata dalla sorgente di luce che viene valutata con la sensibilità spettrale dell occhio. L intensità luminosa è il valore misurato del flusso luminoso emesso all interno dell angolo solido.

27 Definizioni relative alla luce Intensità luminosa: Unità di misura: Candela [cd]. Una sorgente luminosa irradia il suo flusso luminoso generalmente in diverse direzioni con diversa intensità. L intensità della luce irradiata in una determinata direzione viene definita intensità luminosa.

28 Definizioni relative alla luce Illuminamento E: Unità di misura: Lux [lx]. L illuminamento E è dato dal rapporto tra il flusso luminoso irradiato e la superficie illuminata. L illuminamento prodotto da un flusso luminoso di 1 lm che cade in modo uniforme su una superficie di 1m2 è pari a 1 lx.

29 Definizioni relative alla luce Efficienza luminosa: Unità di misura: Lumen per Watt [lm/w]. L efficienza luminosa indica il grado di economicità con il quale la potenza elettrica assorbita viene trasformata in luce. Temperatura di colore: Unità di misura: Kelvin [K]. La temperatura di colore di una sorgente luminosa viene definita in rapporto al cosiddetto corpo nero e viene rappresentata con la curva di Plank. Se la temperatura del radiatore nero aumenta, nello spettro aumenta la parte blu mentre diminuisce quella rossa. Una lampada ad incandescenza con luce bianca calda ha, ad esempio, una temperatura di colore di 2700 K, mentre una lampada fluorescente con luce simile a quella naturale in pieno giorno ha una temperatura di colore di 6000 K.

30 Definizioni relative alla luce [cd] Candela: La candela è l'unità di misura,in una una certa direzione, di una sorgente che emette la radiazione monocromatica di frequenza 540 x 1012 Hz (colore verde) con intensità radiante in quella direzione pari a = 1/683 W/sr. Lo stearadiante (sr) è definito come l'angolo solido che sottende un'area sulla superficie di una sfera uguale al quadrato del raggio della sfera stessa.

31 Definizioni relative alla luce [lm] Lumen: Il lumen è il flusso luminoso emesso nell'angolo solido unitario da una sorgente puntiforme posta al centro di una sfera di raggio unitario di intensità luminosa pari ad 1 cd. Lux: Il lux è pari al flusso luminoso per unità di superficie e corrisponde ad un lumen su metro quadrato.

32 Esperienza di laboratorio Impariamo a misurare la luce Usiamo una sorgente elettrica e ne misuriamo l'efficienza Facciamo assorbire la luce da materiali di colore diverso e in condizioni differenti di isolamento Misuriamo la variazione di temperatura del materiale

33 Cosa useremo Sorgente di luce di tipo alogeno

34 Cosa useremo Misuratore di luce

35 Cosa useremo Righello e carta millimetrata

36 Cosa useremo Piastre di metallo e Isolanti in polistirolo

37 Cosa useremo Termometro elettronico

38 Cosa useremo e la vostra testa