Radiación solar

• Sol:– Estrella del sistema planetario

– Fuente de radiaciones caloríficas y otras formas de energía

– Localiza a 150000000 de km de la Tierra

– Temp de su núcleo es 15000000 °C

– Fuente de energía gracias a procesos termonucleares (Transformación de Hidrógeno en Helio)

HIDRÓGENO HELIO

Capas del sol• Superficial o fotósfera:

– Poco espesor

– Temp de 6000 °C

– Irradia la parte visible del espectro

Capas del sol

• Cromósfera :– Color ligeramente

rosado

– Atmósfera solar

Capas del sol• Corona solar :

– Se extiende a varios millones de kms por el espacio

– Se observa como aureola luminosa por su altísima T

– Un plasma a alta T (Edlen)

– Mezcla de protones y

electrones

Capas del sol• Géyseres :

– Brotan de la cromosfera y la corona inferior

– Se denominan protuberancias

– Llegan a más de 200000 kms de altura

– Acompañadas de emisiones de ondas de radio, rayos X, partículas electrizadas y otras

– Campo magnético de la Tierra nos protege– Partículas de mayor velocidad lo atraviesan y llegan

como rayos cósmicos solares– Otras originan auroras boreales y tempestades magnéticas– Exceso de energía produce ráfagas que se propagan hasta 1000 km/s

Radiación de protuberancias

Energía radiante– La energía que emiten todos los cuerpos cuya T es

superior al cero absoluto

– Se propaga por ondas electromagnéticas a 300000 km/s

– De acuerdo con la T, varía la longitud de onda, frecuencia e intensidad.

– Espectro electromagnético está constituido por una gama de longitudes de onda.

1 µ =10-4cm = 0,001 mm

1Å =10-8 cm =0,0000001 mm

1Å =10-4 µ

1 µ =10000 1Å

Radiación visible

Ventana atmosférica de la radiación solar

Radiaciones Longitud de onda

9% radiación ultravioleta

100 nm

200 nm

300 nm

Ventana atmosférica

400 nm

45% radiación visible

500 nm

600 nm

700 nm

46% radiación infrarroja

800 nm

900 nm

1000 nm

2000 nm

3000 nm

4000 nm

5000 nm

Ventana atmosférica de la radiación solar

Diatermancia– Dia", a través, y "termancia", calentamiento– Promedio de la T de la superficie terrestre es 20 C– Se producen dos tipos de radiación: entrante y saliente– De acuerdo con la T, varía la longitud de onda, frecuencia e

intensidad.– Espectro electromagnético está constituido por una gama de longitudes de onda.– Propiedad del aire de no absorber casi la energía calorífica de los rayos solares

• Aire seco :– Muy diatérmano o transparente para las

radiaciones del espectro visible

– Poco diatérmano para las radiaciones del infrarrojo

• Vapor de agua :– Muy diatérmano o transparente para las

radiaciones del espectro visible

– No diatérmano para las radiaciones del infrarrojo

Ley Stefan Boltzmann

• E = ε . GB. T4

• Donde:• E = energía liberada por unidad de área (W/m2)• ε = emisividad (propiedad radiactiva de la

superficie) (≈1)• GB = constante de Stefan Boltzmann 5.67x10-8

W/m2.K4

• T = temperatura absoluta del cuerpo (K)La cantidad de E debe ser igual a toda la energía

en una esfera a cualquier distancia

• Radiación solar:

Radio sol

Radio sol - tierra

Radio tierra

• área del sol x energía del sol = área del sol-tierra x energía del sol - tierra

• 4πRsol2. E sol = 4πRsol-tierra2.Esol-tierra• E = (Rsol/Rsol-tierra)2. Esol• E = (Rsol/Rsol-tierra)2. GB.Tsol4

• Datos:• Rsol = 696000 Km• Rsol-tierra = 150000000 Km• Tsol = 5785 °K

• Resultado:

• E= 1367 W/m2

• Esta energía se ubica en toda la atmósfera sin distinción

Balance calorífico• Parte de energía solar que es reflejada al

espacio se llama albedo

Albedo en la ciudad

• 17% de la radiación

incidente es absorbida

por la atmósfera(depleción)

• 43% absorbida por

superficie terrestre

(insolación)

• 60% de la radiación solar

entrante es térmicamente

efectiva

Radiaciones entrantes y salientes

Radiación terrestre• Superficie terrestre pierde calor:

1. Ventana infrarroja

2. Sube de una capa a otra por absorción y radiación sucesiva

Ventana infrarroja al intervalo de longitud de onda entre 8500 y 11000 nm que es irradiada al espacio

– La capacidad de un gas de absorber y reemitir la radiación varía con la longitud de onda

Ley de Stefan

• E ingresa = E emitida

• 1367 W/m2 x πRtierra2 x (1-0.3) = 4πRtierra2 x Etierra x GB x T tierra 4

• T tierra = 4√ 1367 W/m2 x (1-0.3)/4. Etierra x GB

• Temperatura sin efecto invernadero 255°K

• Temperatura con efecto invernadero 288°K

Ley de Stefan

• Radiación saliente es proporcional a la cuarta potencia de la T absoluta; es decir, la T es proporcional a la raíz cuarta de esta radiación

Constante solar• La radiación que recibe un cm2 en el límite

superior de la atmósfera y es igual a 1,94 cal gramo por minuto

• Es variable en 10% según las estaciones del año

Superficie terrestre promedio diario de 720 cal gramo por cm2

Valor aproximado en Ecuador de 850 cal gramo por cm2

• El caldeamiento solar de la superficie terrestre1. radiación difusa 2. contrarradiación

• Radiación difusa: parte de energía solar que esdispersada, en las partículas de la atmósfera

• El calor que irradia la Tierra en longitud deonda larga es absorbido casi en totalidad por la

Envía una radiación al suelo

CONTRARRADIACIÓN

Aprovechamiento de la energía solar

• Energía solar fuente energética futuristaRecurso inagotable

No contamina

Es económico

• Calentamiento del agua para uso doméstico e industrial

• Producción de energía eléctrica

• Fusión de metales

FRANCIA• Horno solar (> 1000°C)

ESTADOS UNIDOS• Plantas solares

JAPÓN• Calentadores para baño

Medida de la radiación solar• La medida de calor que llega a un cuerpo se

llama actinometría

• El aumento de la T depende de la cantidad de calorías que reciba el cuerpo

• Caloría es la cantidad de calor que se necesita para calentar un gramo de agua pura desde 14,5 C a 15,5 C.

• Actinógrafo de Robitzch

• Registrar horas de insolación en un lugar se utilizan los heliógrafos