2. OBIETTIVI Misurare l’irradiamento prodotto dal Sole al livello della superficie terrestre. Stimare il valore della costante solare. Stimare il valore della temperatura superficiale del Sole.
3. 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.
4. 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. Grafico rappresentante l’andamento della temperatura, in funzione del tempo, del primo pannello.
6. 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.
7. Per ricavare il valore di Qidobbiamo ricavare QseQd. La quantità Qs vale, secondo la relazione fondamentale della calorimetria: Doveè l’aumento di temperatura della lastrina nell’unità di tempo in fase di riscaldamento.
8. Per calcolare Qddobbiamo 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:
14. 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).
16. 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.
17. 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.