Luonto on poikkeuksellinen, huolimatta ihmisen keksimästä vaikuttavasta tekniikasta vuosien varrella, se hallitsee edelleen kaikkia levyjä. Luonnon on voitettu helposti korkeimman lämpötilan ennätys. Meidän ei tarvitse etsiä kovasti löytääksesi paljon korkeampaa lämmönlähdettä kuin mitä ihminen on onnistunut tuottamaan, meillä on vain 'katsomaan aurinkoamme, joka lämmittää meitä huolimatta siitä etäisyydestä, joka erottaa meidät. Joten päätimme mitata kokeellisesti auringon lämpötilaa.
Tätä varten käytämme mustaksi maalattua alumiinilevyä, joka on sijoitettu kehykseen eristääksesi sen termisesti vain yhdellä paljaalla puolella. Annamme sen lämpötilan laskea tasapainoon ympäristön kanssa. Sitten sijoitamme sen niin, että sen pinta on kohtisuorassa auringon säteen kanssa ja merkitsemme sen lämpötila 30 sekunnin välein 5 minuutin ajan.
Mitattujen arvojen avulla teemme graafin lämpötilasta ajan funktiona. Yhtälön Q = mc * ΔT avulla havaitun kaltevuuden tulisi olla suora, kunhan alumiinilevyn ja ympäristön välillä ei ole lämmönvaihtoa. Koska on mahdotonta estää lämmönvaihtoa ympäristön ja alumiinilevyn välillä, havaitsemme hetkeä, jolloin kuvaajan kaltevuus lakkaa olemasta suoraviivainen ja leikkaa kaikki arvot yli tämä kohta pitää vain kohdat, joissa alumiinilevyn ja ympäristön välillä oli vähän lämmönvaihtoa.
Käytämme sitten yhtälöä W = (mc * ΔT) / t1 levylle vastaanotetun aurinkovoiman laskemiseksi. Jos jaamme aurinkoenergian, joka vastaanotetaan tämän voiman saaneen alumiinilevyn pintaan, saadaan yhtälön I = W / m ^ 2 mukaan auringon vastaanottama aurinkovoimakkuus.
Mittaa sitten maa-aurinkoetäisyyden ja auringon säteen (Rs / r) välinen suhde. Tätä varten projisoimme aurinkokuvan ruudulla ympyräpiirustuksella. Projisoimme kuvan niin, että se on täydellisesti ympyrän keskellä, ja sitten laskemme sekuntien lukumäärän ennen kuin aurinkokuva on kokonaan ympyrän ulkopuolella. Tietäen, että maapallosta nähty aurinko kulkee 360 astetta ympäri maata 24 tunnissa, laskemme kuinka paljon aurinko kulkee t sekunnissa.
Kaavion mukaan tan 〖(θ / 2) = (Rs / r)〗 pystymme laskemaan (Rs / r) käyttämällä tätä yhtälöä.
Yhtälöllä I = σ * (Rs / r) ^ 2 * 〖T_s〗 ^ 4, missä σ edustaa Stefan-Boltzmann-vakioita, R_s / r edustaa maapallon-aurinkoetäisyyden ja auringon säteen välistä suhdetta ja T_s edustaa auringon lämpötilaa, pystymme laskemaan auringon lämpötilan aiemmin laskettujen arvojen perusteella kirjoittamalla yhtälön arvoksi T_s = ∜ (I / (σ * 〖tan (θ / 2)〗 ^ 2)) .
On muistettava, että menetelmämme ei ota huomioon maan ilmakehän, joka estää 30–40% auringonsäteistä leveysasteellamme. Tämä tarkoittaa, että löytämämme arvojen tulisi olla alhaisemmat kuin auringon lämpötilan teoreettinen arvo. Joten teemme kaksi laskelmaa, laskelman, jossa ei oteta huomioon ilmakehää, ja laskelman, joka otetaan huomioon jakamalla kokeellisen intensiteetin arvo sädekappaleen prosenttimäärällä teoreettisella ilmakehällä, joka on 35 %.
keskustelu
Kokeelle 1 saadut arvot ovat 4993 ° K oikaistamattomana arvona ja 6492 ° K oikaistuna arvona. Jos verrataan näitä kahta arvoa teoreettisesti hyväksytyyn teoreettiseen arvoon 5778 ° K, saadaan prosentuaaliset erot -13,6% oikaistamattomalle ja 12,3% oikaistulle arvolle. Nämä arvot eivät ole kovin kaukana teoreettisesta arvosta käytetyn alkeellisen menetelmän kannalta. En kuitenkaan usko, että tämä essee tuottaa hyviä tuloksia. Menetelmämme virheiden syiden, joista keskustellaan myöhemmin tässä keskustelussa, pitäisi johtaa meidät teoreettista arvoa alempiin arvoihin. Koe-auringon lämpötila-arvo on kuitenkin säädetty ja korkeampi kuin teoreettinen arvo. Todennäköisin syy on, että levy ei ollut lämpötilatasapainossa ympäristön kanssa kokeen alussa, joten lämpötilaero olisi suurempi ja antaisi siten korkeamman auringon lämpötila-arvon kuin ennakoida. Tätä voidaan tukea sillä, että testin 1 aika-lämpötila-kuvaajassa arvojen lineaarisuus katkeaa hyvin varhaisessa vaiheessa kuvaaen, että levy on alkanut vaihtaa lämpöä ympäristössä. Tämä lineaarisuuskatko syntyy paljon aikaisemmin kuin vastaavassa kuvaajassa testille 2, jossa arvot pysyivät lineaarisina koko kuvaajan suhteen, mikä osoittaa, että levy ei ollut vielä alkanut tehdä lämpötilanvaihtoa.