우리 모두는 지구를 따뜻하게 유지하기에 충분한 열 에너지를 제공하기 때문에 태양 때문에 지구에서 생명이 유지된다는 것을 알고 있습니다. 이 에너지는 일반적으로 태양 복사 라고하는 전자기 복사의 형태로 태양에 의해 전달됩니다. 방사선 중 일부는 인간에게 유익한 반면 다른 방사선은 모든 생명에 해 롭습니다.
태양 복사가 지구 표면에 도달하려면 흡수, 산란, 반사 및 전달되는 대기를 통과해야 에너지 플럭스 밀도가 감소합니다. 화창한 날에는 30 % 이상의 손실이 발생하고 흐린 날에는 90 %까지 높은 손실이 발생하므로 이러한 감소는 매우 중요합니다. 따라서 대기를 통해 지구 표면에 도달하는 최대 복사량은 80 %를 넘지 않습니다.
태양 광 플럭스는 지구상의 생명의 기초이며 전자, 작물, 의약품, 화장품 등과 관련된 많은 제품을 만드는 데 사용되기 때문에 측정하는 데 매우 중요합니다.이 튜토리얼에서는 태양 복사와 그에 대해 배웁니다. 측정 또한 두 개의 가장에 대해 배우게됩니다 Pyrheliometer 및 일사량 악기 - 인기있는 태양 에너지 측정.
빔 방사선 및 확산 방사선
우리가 표면에서 감지하는 복사는 태양의 직접 복사와 간접 복사입니다. 태양에서 직접 오는 방사선은 직접 방사선이며 빔 방사선 이라고 합니다. 모든 방향에서 지구 표면으로 보내지는 산란 및 반사 된 복사 (분자, 입자, 동물 몸 등에서 반사 됨)는 간접 복사이며 확산 복사 라고 합니다. 그리고 빔과 확산 방사선의 합은 전체 방사선 또는 총 방사선 으로 정의됩니다.
빔 방사선은 집중 될 수 있지만 확산 방사선은 집중 될 수 없기 때문에 빔 방사선과 확산 방사선을 구별하는 것이 중요합니다. 빔 복사 및 확산 복사를 측정하는 데 사용되는 많은 태양 복사 측정 기기 가 있습니다.
이제 아래 다이어그램에서 전자기 복사의 스펙트럼을 살펴 보겠습니다.
태양에서 나오는 고주파수 대부분이 표면에 도달하지 않고 IR 이후의 저주파 복사가 신뢰할 수 없기 때문에 전체 스펙트럼에서 태양 광 플럭스를 계산하기 위해 UV 광선에서 IR 광선까지의 파장 만 고려합니다. 따라서 태양 복사 또는 플럭스는 일반적으로 UV 광선에서 IR 광선으로 측정되며 기기도 이와 같이 설계됩니다.
태양 복사 측정기 는 두 가지 유형이 있습니다.
- Pyrheliometer
- Pyranometer
이러한 기기를 사용하기 전에 장치를 설계하는 동안 사용되는 몇 가지 개념을 이해해야합니다. 이제 이러한 개념을 살펴 보겠습니다.
흑체 방사선
흑체는 일반적으로 대기로 아무것도 방출하지 않고 모든 방사선을 흡수하며 흑체가 더 완벽하게 흡수됩니다. 사실 지금까지 완벽한 흑체가 존재 하지 않기 때문에 우리는 보통 차선책에 안주합니다. 흑체가 복사를 흡수 한 후에는 복사 자체가 에너지이기 때문에 가열되고 흡수 후에는 신체의 원자가 빠져 나갑니다. 이 흑체는 태양 복사 측정 장비 의 핵심 구성 요소로 사용됩니다. 흑체와는 반대로 하얀 몸 은 그 위에 떨어지는 모든 복사열을 대기로 다시 반사시켜 여름에 흰 옷을 입는 것이 더 편하게 느껴질 것입니다.
열전대
열전대는 그림과 같이 서로 다른 재료로 만들어진 두 개의 도체를 사용하여 구성된 간단한 장치입니다.
여기서 두 개의 와이어가 연결되어 두 개의 접합이있는 루프를 형성하며 이러한 접합은 'A'및 'B'로 지정됩니다. 이제 'A'교차로 근처에 촛불을 가져오고 'B'교차로는 그대로 둡니다. 양초가 'A'에있는 접합부로 인해 온도가 상당히 상승하는 반면 접합부 B는 실온에서 차갑게 유지됩니다. 이 온도차로 인해 ' 제벡 효과' 에 따라 접합부에 전압 (전위차)이 나타납니다. 회로가 닫혀 있으므로 그림과 같이 전류 'I'가 회로를 통해 흐르고이 전류를 측정하기 위해 전류계를 직렬로 연결합니다. 루프의 전류 'I' 의 크기는 온도 차이에 정비례 한다는 것을 기억하는 것이 중요합니다.접합부에서 온도 차이가 높으면 전류의 크기가 커집니다. 따라서 전류계를 읽음으로써 접합부의 온도 차이를 계산할 수 있습니다.
이제 기본 사항을 다룬 후 태양 복사 측정기의 구성과 작동에 대해 살펴 보겠습니다.
Pyrheliometer 작업 및 건설
Pyrheliometer는 정상 입사에서 직접 빔 복사를 측정하는 데 사용되는 장치입니다. 그 외부 구조는 망원경의 이미지를 투영하는 긴 튜브처럼 보이며 우리는 광도를 측정하기 위해 렌즈를 태양을 향해야합니다. 여기서 우리는 Pyrheliometer 의 작동 원리 와 그 구조를 배울 것 입니다.
Pyrheliometer의 기본 구조를 이해하려면 아래 그림을 참조하십시오.
여기서 렌즈는 태양을 향하고 방사선은 렌즈, 튜브를 통과하여 끝이 바닥에있는 검은 색 물체에 떨어집니다. 이제 전체 내부 구조와 회로를 더 간단한 방식으로 다시 그리면 다음과 같이 보일 것입니다.
회로에서 흑체는 렌즈에서 떨어지는 방사선을 흡수하고 앞서 논의한 바와 같이 완벽한 흑체는 그 위에 떨어지는 모든 방사선을 완전히 흡수하므로 튜브로 떨어지는 방사선은 검은 색 물체에 완전히 흡수됩니다. 방사선이 흡수되면 몸 전체의 온도 상승으로 인해 몸 안의 원자가 흥분됩니다. 이 온도 상승은 열전대 접합 'A'에서도 경험할 수 있습니다. 이제 고온에서 열전대의 접합 'A'와 저온에서 접합 'B'를 사용 하면 열전대의 작동 원리에서 설명한대로 루프에서 전류 흐름이 발생 합니다. 루프의이 전류는 또한 직렬로 연결된 검류계를 통해 흐르게되어 편차를 유발합니다. 이편차는 전류에 비례하며, 이는 접합부의 온도 차이에 비례합니다.
편차 ∝ 루프의 전류 ∝ 접합부의 온도 차이.
이제 우리는 회로의 도움으로 검류계의이 편차를 무효화하려고 시도 할 것입니다. 편차를 무효화하는 전체 프로세스는 아래에 단계별로 설명되어 있습니다.
- 먼저 전류 흐름을 시작하기 위해 회로의 스위치를 닫습니다.
- 전류는 다음과 같이 흐릅니다.
배터리-> 스위치-> 금속 도체-> 전류계-> 가변 저항-> 배터리.
- 이 전류가 금속 도체를 통해 흐르면 온도가 어느 정도 상승합니다.
- 금속 도체와 접촉하면 접합 'B'온도도 상승합니다. 이것은 접합 'A'와 접합 'B'사이의 온도 차이를 줄입니다.
- 온도 차이의 감소로 인해 열전대의 전류 흐름도 감소합니다.
- 편차가 전류에 비례하기 때문에 검류계의 편차도 감소합니다.
- 요약하면, 갈바 노 미터의 편차는 금속 도체의 전류를 변경하기 위해 가변 저항을 조정하여 줄일 수 있습니다.
이제 검류계 편차가 완전히 무효가 될 때까지 가변 저항을 계속 조정하십시오. 이런 일이 발생하면 미터에서 전압 및 전류 판독 값을 얻고 흑체에 흡수 된 열을 결정하는 간단한 계산을 수행 할 수 있습니다. 흑체에서 생성 된 열은 복사에 정비례하므로이 계산 된 값을 사용하여 복사를 결정할 수 있습니다. 이 방사 값은 우리가 처음부터 측정하고자하는 직접 빔 태양 복사입니다. 이것으로 Pyrheliometer의 작동을 결론을 내릴 수 있습니다.
Pyranometer 작업 및 건설
Pyranometer는 빔 복사와 확산 복사를 모두 측정하는 데 사용할 수있는 장치입니다. 즉, 전체 반구형 복사 (빔 + 수평 표면의 확산)를 측정하는 데 사용됩니다. 여기서 우리는 Pyranometer의 작동 원리와 그 구조에 대해 배울 것 입니다.
이 장치는 목적에 가장 적합한 모양 인 UFO 접시처럼 보입니다. 이 장치는 다른 장치보다 더 인기가 있으며 오늘날이를 사용하여 측정 한 대부분의 태양 광 자원 데이터입니다. 아래에서 Pyranometer의 원본 그림과 내부 구조를 볼 수 있습니다.
여기에서 주변 대기로부터의 복사는 유리 돔을 통과하여 기기 중앙에 위치한 흑체로 떨어집니다. 이전과 마찬가지로 모든 복사열을 흡수 한 후 신체의 온도가 상승하며이 상승은 흑체 바로 아래에있는 열전대 체인 또는 열전대 모듈에서도 경험할 수 있습니다. 따라서 모듈의 한쪽은 뜨겁고 다른 쪽은 방열판으로 인해 차가워집니다. 열전대 모듈은 전압을 생성하며 이는 출력 단자에서 볼 수 있습니다. 출력 단자에 수신 된이 전압은 열전대의 원리에 따라 온도 차이에 정비례합니다.
온도차가 흑체에 흡수 된 복사와 관련이 있다는 것을 알고 있기 때문에 출력 전압이 복사에 선형 적으로 비례한다고 말할 수 있습니다.
이전 계산과 유사하게 총 방사선 값은이 전압 값에서 쉽게 얻을 수 있습니다. 또한 쉐이드를 사용하고 동일한 절차를 따르면 확산 복사를 얻을 수 있습니다. 총 복사량 및 확산 복사량 값으로 빔 복사량 값도 계산할 수 있습니다. 따라서 Pyranometer를 사용하여 확산 태양 복사와 총 복사를 모두 계산할 수 있습니다.