C2- Energia solara la limita superioara a atmosferei terestre Mişcarea Pământului in jurul Soarelui Mişcarea Pământului în jurul soarelui este o mişca

Documente similare
Olimpiada Națională de Astronomie şi Astrofizică Aprilie 2019 Analiza Datelor - Seniori Problema 1 - Quasar 3C273 Spectrul optic al quasarului 3C273 c

C10: Teoria clasică a împrăștierii Considerăm un potențial infinit în interiorul unui domeniu sferic de rază a și o particulă incidentă (Figura 1) la

Noțiuni matematice de bază

Pachete de lecţii disponibile pentru platforma AeL

Gheorghe IUREA Adrian ZANOSCHI algebră geometrie clasa a VII-a ediţia a V-a, revizuită mate 2000 standard EDITURA PARALELA 45 Matematică. Clasa a VII-

Problema 1

www. didactic.ro Aplicaţii ale trigonometriei în geometrie Trecem în revistă următoarele rezultate importante: 1) Teorema sinusurilor: Teorema cosinus

Probleme rezolvate de fizică traducere de Nicolae Coman după lucrarea

Dorel LUCHIAN Gabriel POPA Adrian ZANOSCHI Gheorghe IUREA algebră geometrie clasa a VIII-a ediţia a V-a, revizuită mate 2000 standard EDITURA PARALELA

Cursul 12 (plan de curs) Integrale prime 1 Sisteme diferenţiale autonome. Spaţiul fazelor. Fie Ω R n o mulţime deschisă şi f : Ω R n R n o funcţie de

C6. PLANETA MARTE. BAZA DE DATE VIKING LANDER 6.1 Planeta Marte ( lectura) Marte este a patra planetă din Sistemul Solar. Marte este adesea denumită P

ETTI-AM2, , M. Joița & A. Niță Notițe de Adrian Manea Seminar 11 Transformarea Laplace Aplicații Transformarea Z Ecuații și sisteme diferenți

Matematica VI

Universitatea Politehnica din Bucureşti 2019 Disciplina: Geometrie şi Trigonometrie G1 * Varianta A 1. Ştiind cos x = 3 2, atunci sin2 x

Pagina 1 din 6 Ministerul Educaţiei Naționale Centrul Naţional de Evaluare şi Examinare Etapa județeană, a sectoarelor municipiului București, a Olimp

Microsoft Word - Programa finala olimpiadei matematica 2007 gimnaziu.doc

Realizarea fizică a dispozitivelor optoeletronice

Microsoft Word - Programa_Evaluare_Nationala_2011_Matematica.doc

I

2

RecMat dvi

Examenul de bacalaureat 2012

Examenul de bacalaureat 2012

09. Astronomie - MM 3

CERCURI REMARCABILE ASOCIATE UNUI TRIUNGHI CERCURI EXÎNSCRISE Natura vorbeşte în limbajul matematicii: literele acestei limbi sunt cercuri, tri

C:/Users/Lenovo/Dropbox/activitate matematica/cursuri/MS IE /msie.dvi

Coordonate baricentrice Considerăm în plan un triunghi ABC şi un punct Q în interiorul său, fixat arbitrar. Notăm σ c = aria ( QAB) σ a = aria ( QBC),

Microsoft Word - Matematika_kozep_irasbeli_javitasi_0911_roman.doc

8

Microsoft Word - Concursul SFERA.doc

DETERMINAREA CONSTANTEI RYDBERG

Microsoft Word - Tsakiris Cristian - MECANICA FLUIDELOR

RESS – C1

C:/Users/Lenovo/Dropbox/activitate matematica/cursuri/MS ETTI /msetti.dvi

Algebra si Geometri pentru Computer Science

PowerPoint Presentation

FIŞA DISCIPLINEI 1. Date despre program 1.1 Instituţia de învăţământ superior Universitatea Alexandru Ioan Cuza din Iaşi 1.2 Facultatea Facultatea de

Descoperiţi fantastica lume a universului! Telescop HD 1

Slide 1

Electricitate II

Examenul de bacalaureat 2012

1

Olimpiada de Astronomie şi Astrofizică Etapa Naţională 2015 Proba de Baraj Juniori Problema 1 O tehnică de determinare a magnitudinii stelelor o const

Microsoft Word - TIC5

Republica Serbia MINISTERUL ÎNVĂŢĂMÂNTULUI, ŞTIINŢEI ŞI DEZVOLTĂRII TEHNOLOGICE INSTITUTUL PENTRU EVALUAREA CALITĂŢII ÎNVĂŢĂMÂNTULUI ŞI EDUCAŢIEI INST

Direct Current (DC) Electric Circuits

BAC 2007 Pro Didactica Programa M1 2 Rezolvarea variantei 36 versiune finală Redactia Pro Didactica Suportul pe net:

Școala: Clasa a V-a Nr. ore pe săptămână: 4 Profesor: MATEMATICĂ Clasa a V-a Aviz director PLANIFICARE CALENDARISTICĂ ORIENTATIVĂ Nr. crt. Unitatea de

Complemente de Fizica I Cursul 1

Teoreme cu nume 1. Problema (Năstăsescu IX, p 147, propoziţia 5) Formula lui Chasles Pentru orice puncte M, N şi P avem MN + NP = MP.

CONDUCEREA AUTOMATĂ A INSTALAŢIILOR SOLARE CU SUSŢINERE PENTRU ÎNCĂLZIRE ŞI PREPARAREA APEI CALDE MENAJERE Popescu Daniel, conf. univ. dr. ing., Unive

1. Teorema lui Ceva Ene Mihai+Radu Vlad+Budacu Vlad

Microsoft Word - Matematika_kozep_irasbeli_jav_utmut0513V28_roman.doc

MergedFile

BARAJ NR. 1 JUNIORI FRANŢA ianuarie Fie x şi y două numere întregi astfel încât 5x + 6y şi 6x + 5y să fie pătrate perfecte. Arătaţi că

DISCIPLINA: Matematică și explorarea mediului, clasa a II-a PROIECTAREA UNITĂȚII DE ÎNVĂȚARE UNITATEA DE ÎNVĂŢARE: Universul. Planetele. Timpul.Banii

Microsoft Word - C05_Traductoare de deplasare de tip transformator

Microsoft Word - L25Ro_Studiul efectului Hall_f_RF

MergedFile

Microsoft PowerPoint - 20x_.ppt

Lucian L. TURDEANU Georgeta D. POP (MANEA) BAZELE GEOMETRICE ALE FOTOGRAMETRIEI CONSPRESS BUCUREŞTI 2009

IDESC, Universitatea Alexandru Ioan Cuza, Iasi Centrul Regional Iasi pentru Tineri Capabili de Performanta, Iasi C

Subiectul I (20 puncte) CONCURSUL ȘCOLAR NAȚIONAL DE GEOGRAFIE,,TERRA ETAPA NAȚIONALĂ 18 mai 2019 CLASA a VI-a Citește cu atenție fiecare cerință. Sel

Realizarea fizică a dispozitivelor optoeletronice

Secţiunea 5-6 începători Concurs online de informatică Categoria PROGRAMARE PROBLEMA puncte PERIODIC Se citește un număr natural nenul N. Se ump

Prelegerea 4 În această prelegere vom învăţa despre: Algebre booleene; Funcţii booleene; Mintermi şi cuburi n - dimensionale. 4.1 Definirea algebrelor

MECANICA FLUIDELOR

Microsoft Word - SUBIECT 2017 anul I.doc

Semestrul I Unitatea de învățare: Numere și sunete din jurul nostru Nr. de ore alocat: 15 ore (12 + 3) Proiectarea unităților de învățare Nr. crt. Det

PowerPoint Presentation

OLM_2009_barem.pdf

Matematika román nyelven középszint Javítási-értékelési útmutató 1813 ÉRETTSÉGI VIZSGA május 7. MATEMATIKA ROMÁN NYELVEN KÖZÉPSZINTŰ ÍRÁSBELI VI

Slide 1

matematica

Presentación de PowerPoint

COMENTARII FAZA JUDEŢEANĂ, 9 MARTIE 2013 Abstract. Personal comments on some of the problems presented at the District Round of the National Mathemati

Dana Barbu 2.doc

Copyright c 2001 ONG TCV Scoala Virtuala a Tanarului Matematician 1 Ministerul Educatiei si Stiintei Examenul de bacalaureat la

Numele şi prenumele Semnătura Data CHESTIONAR EXAMEN ACORDARE/PRELUNGIRE LICENŢĂ PILOT AERONAVE ULTRAUŞOARE CLASA PARAPANTĂ NAVIGATIE 1. Ce este navig

DAN LASCU ADRIANA-LIGIA SPORIŞ ANDA OLTEANU PAUL VASILIU MATEMATICĂ. CULEGERE DE PROBLEME TIP GRILĂ PENTRU ADMITEREA ÎN ACADEMIA NAVALĂ MIRCEA CEL BĂT

Slide 1

PROGRAMA CONCURSULUI NAŢIONAL

MergedFile

CONCURSUL INTERLICEAL “TOPFIZ”

Slide 1

Anexa nr. 2 FIŞA DISCIPLINEI 1. Date despre program 1.1 Instituţia de învăţământ superior UNIVERSITATEA DE VEST DIN TIMISOARA 1.2 Facultatea FIZICA 1.

COMPARAREA INFORMAȚIILOR FURNIZATE DE APLICAȚIA ifvolume_pacv7 CU REZULTATELE DETERMINATE CU AJUTORUL GEOMETRIEI PLANE VALIDAREA. VALIDAREA APLICAȚIEI

Fizica fluidelor Cursul 5

METODE NUMERICE ÎN INGINERIE

Cursul 7 Formula integrală a lui Cauchy Am demonstrat în cursul precedent că, dacă D C un domeniu simplu conex şi f : D C o funcţie olomorfă cu f cont

Cursul 13 Mulţimi Julia Fie f : C C o funcţie complexă şi fie f n = f f f iterata de ordin n a lui f. Peste tot în continuare vom presupune că f este

Geografie - Clasa 5 - Caiet - Octavian Mandrut

FIŞA DISCIPLINEI 1. Date despre program 1.1 Instituţia de învăţământ superior Universitatea Alexandru Ioan Cuza din Iaşi 1.2 Facultatea Facultatea de

Radiografia distributiei in Transilvania

CONCURSUL DE MATEMATICĂ APLICATĂ "ADOLF HAIMOVICI" ETAPA JUDEȚEANĂ 18 martie 2017 Filiera Tehnologică : profilul Tehnic Clasa a IX -a Problema 1. 2 Se

BAC 2007 Pro Didactica Programa M1 2 Rezolvarea variantei 61 versiune finală Redactia Pro Didactica Suportul pe net:

Distanţa euclidiană (indusă de norma euclidiană) (în R k ). Introducem în continuare o altă aplicaţie, de această dată pe produsul cartezian R k XR k,

FIŞA DISCIPLINEI 1. Date despre program 1.1 Instituţia de învăţământ Universitatea Babes-Bolyai Cluj-Napoca superior 1.2 Facultatea Facultatea de Mate

Transcriere:

C2- Energia solara la limita superioara a atmosferei terestre Mişcarea Pământului in urul Soarelui Mişcarea Pământului în urul soarelui este o mişcare în câmp de forţe centrale. Legile care guverneaă această mişcare au fost stabilite în secolul al XVII de către astronomul german Kepler: - Prima lege stabileşte că orbita unei planete este o elipsă cu steaua localiată întrunul dintre focare. Astfel, orbita Pământului este o traictorie continuă. Planul de mişcare se numeste planul ecliptic. Distanţa dintre Pământ şi Soare se modifică continuu în timp. - A doua lege, cunoscută cu numele de legea ariilor, stipuleaă că raa vectoare a unei planete baleiaă arii egale în intervale egale de timp. Altfel spus, vitea areolară este constantă. Reultă că o planetă se deplaseaă cu atât mai repede cu cât este mai aproape de stea. În caul Pământului, raa vectoare mătură într-o secundă o arie de peste 2 miliarde km 2. - A treia lege se enunţă astfel: pătratul timpului de revoluţie al unei planete este proporţional cu cubul axei mari a elipsei. Figura 1. Planul ecliptic. Ilustrarea legii a doua a lui Kepler Pentru noi este importanta prima lege a lui Kepler. Datorită faptului că Pământul se mişcă pe o traiectorie eliptică, densitatea fluxului de radiaţie solară la limita superioara a atmosferei variaă continuu în timp. In cursul trecut am arătat că la distanţa medie 1

Pământ Soare DPS, densitatea fluxului de energie solară la limita superioară a G = G R D = 1366.1W/ m. La o distanţă D oarecare între atmosferei este: ( ) 2 2 SC S S PS Soare şi Pământ densitatea fluxului de energie solară va fi G G ( R D) 2 cele două relaţii reultă: Raportul = ( D D) 2 PS =. Impărţind 0 S S 2 DPS G0 = GSC = G 2 SC (1) D se poate calcula cu relaţia lui Spencer 1 (lucrarea originală este aici http://www.mail-archive.com/sundial@uni-koeln.de/msg01050.html): = 1.00011+ 0.034221cos + 0.00128sin 0.000719 cos 2 + 0.000077 sin 2 (2) în care = 2 ( 1) / 365. O relaţie aproximativă pentru calculul corecţiei este următoarea: 2 1 0.0334 cos ( 1) 365 = + unde cu am notat iua Juliană, adică numărul ilei din an, începând numărătorea la 1 ianuarie. Din relaţia (3) se observă că abaterea maximă a fluxului solar incident faţă de constanta solară este de aproximativ 3.34. Ecuaţiile (2) şi (3) sunt comparate grafic în figura 1. (3) FIGURA 1. Corecţia constantei solare cu excentrincitatea orbitei Pământului: Ec. (2) linie continuă şi Ec. (3) linie punctată. 1 Spencer JW (1971) Fourier series representation of the position of the Sun. Search Vol 2 (5) 172. 2

2. Rotaţia pământului în urul axei polare În plus, faţă de rotaţia în urul Soarelui, Pământul se roteşte in urul axei polare, axă care face un unghi de 23 27' cu normala planului ecliptic (Figura 2). FIGURA 2. Poiţia relativă Pământ-Soare la diferite momente dintr-un an. Anotimpurile sunt cele din emisfera nordică. Pământul se roteşte în urul axei proprii în 24 de ore şi în urul soarelui în 365.25 ile. În acest timp, soarele se roteşte în urul axei proprii aproximativ o dată pe lună. Axa de rotaţie a pământului se numeşte axă polară şi păstreaă aceeaşi înclinare de 2327 faţă de normala la planul ecliptic, ceea ce face ca durata ilei şi a nopţii (adică drumul aparent al soarelui pe bolta cerească) să difere după anotimp şi latitudine. În consecinţă, fiecare punct de pe pământ este diferit iluminat şi încălit de soare. În regiunile polare, vara soarele rămâne deasupra oriontului mai multe ile la rând dând naştere ilei polare, care la pol este de şase luni. Invers, iarna avem de-a face cu noaptea polară. În timp ce se roteşte în urul soarelui pământul trece prin patru puncte remarcabile în timpul fiecărei revoluţii: (i) solstiţiul de iarnă are loc la 21 decembrie în fiecare an; în acestă i, axa polilor este înclinată cu 2327 în direcţia opusă soarelui şi toate punctele din interiorul cercului artic, 66.5N, sunt complet în întuneric iar toate punctele din cercul antarctic, 66.5S, sunt iluminate de soare; (ii) solstiţiul de vară are loc la 21 iunie în fiecare an; situaţia pe pământ este în opoiţie cu cea întâlnită la solstiţiul de iarnă; (iii) echinocţiul de primăvară are loc la 21 martie în fiecare an; (iv) echinocţiul de toamnă are loc la 21 septembrie în fiecare an. La echinocţii, în orice loc de pe pământ iua este egală cu noaptea. 3

In continuare calculam energia solara disponibila pe o orbită geostationara la limita superioară a atmosferei. Această ipoteă ne permite să descriem poiţia Soarelui folosind coordonatele obişnuite de la sol. Densitatea fluxului de energie solară incident pe o suprafaţă oriontală se determină din legea cosinusului: în care unghiul enital se calculeaă cu relaţia: G= G cos 0 (4) cos = sin sin + cos cos cos (5) Am folosit următoarele notaţii: - latitudinea geografică, - unghiul de declinaţie şi unghiul orar. Înainte de a demonstra ecuaţia (5) examinăm mărimile fiice pe care le conţine. Un punct M de pe suprafaţa Pămintului este determinat de două coordonatele geografice: longitudinea L şi latitudinea (figura 3). Durata unei rotaţii complete a pământului defineşte lungimea unei ile: intervalul de timp care separă două treceri succesive ale soarelui prin planul meridian al locului. Mişcarea diurnă a soarelui pe bolta cerească se face în sens retrograd, de la est la vest. Această deplasare aparentă, determină apariţia ilei şi a nopţii. Soarele nu răsare şi nu apune în aceleaşi puncte ale oriontului mereu, iar ridicarea sa aparentă pe bolta cerească variaă, fiind cuprinsă între apoximativ 22º şi 68º, la latitudinea noastră. Declinaţia repreintă unghiul dintre planul ecuatorial şi direcţia raelor de soare. Într-o i unghiul de declinaţie poate fi exprimat ca unghiul dintre punctul de înălţare maximă a soarelui în traiectoria sa aparentă pe cer într-o i şi acelaşi punct de pe cer la oricare echinocţiu. Unghiul de declinaţie variaă între +23.45º şi 23.45º, valori atinse la solstiţii. În funcţie de iua Juliană, unghiul de declinaţie se poate calcula cu relaţia Spencer: = 0.006918 0.399912cos + 0.070257sin 0.006759cos 2 + + 0.000907sin 2 + 0.00148sin 3 0.002697cos3 (6) sau într-o formă simplificată, exprimat în grade: 4

2 23.45sin ( 284) 365 = + Cele două relaţii sunt comparate în figura 4. (7) FIGURA 3. Coordonatele geografice ale unui punct de pe Pământ. Latitudinea geografică este dată de unghiul format între enit şi planul ecuatorial. Latitudinea se măsoară de la ecuator spre poli. Prin convenţie latitudinea este poitivă în emisfera nordică şi negativă în cea sudică. Longitudinea se defineşte ca unghiul exprimat în grade între meridianul de referinţă şi meridianul locului. Convenţional, meridianul de referinţă este considerat Greenwich. În raport cu acesta, longitudinea este negativă spre est şi poitivă spre vest. FIGURA 4 Unghiul de declinaţie. Comparaţie grafică între ecuaţiile (6) (linie continuă) şi (7) (linie punctată). 5

Unghiul orar este egal cu deplasarea unghiulară a soarelui spre est sau vest faţă de meridianul local, datorită rotaţiei pământului cu 15º pe oră şi convenţional ia valori negative dimineaţa şi poitive după amiaa: 2 = ( t 12) (7) 24 unde t este timpul solar, corelat cu timpul legal în locaţie prin ecuaţia: LS L t = tlegal c + ET (8) 15 c repreintă corecţia de vară în raport cu ora stabilită prin fus, LS este meridianul standard al locului iar L meridianul local. Ecuaţia timpului ET modeleaă neuniformităţile mişcării pământului şi se calculeaă cu relaţia Spencer: ET = 0.0000075 + 0.001868cos 0.032077 sin 0.14615cos 2 0.04084sin 2 În figura 5 este repreentată ecuaţia timpului în funcţie de iua Juliană. (9) FIGURA 5. Repreentarea grafică a ecuaţiei timpului După acestă clarificare a mărimilor ce intervin în relaţia (5) să trecem la demonstrarea ei. În figura 6 am notat cu latitudinea punctului P iar cu unghiul orar. Intrucat soarele se află în planul meridian OES, unghiul format de dreptele OE şi OS repreintă tocmai unghiul de declinaţie. Alegem un sistem de coordonate Oxy astfel 6

încât axa Ox să fie în planul ecuatorial şi să traversee meridianul locului; O este direcţia axei polilor iar Oy este perpendiculară pe planul Ox. În sistemul de axe ales, coordonatele punctelor P şi C sunt (R raa pământului): x y P P P = R cos = 0 = Rsin x y C C C = R cos cos = R cos sin = Rsin (10) Astfel, lungimea segmentului PC se calculeaă cu relaţia: cos cos cos cos sin sin sin 2 PC R R 2 R 2 R R 2 = + + (11) FIGURA 6. Calculul unghiului enital Se obţine: PC 2 = 2R 2 1 cos cos cos sin sin (12) În triunghiul OPC, latura PC se exprimă cu teorema Pitagora: 2 2 2 2 ( ) PC = OP + OC 2OP OC cos = 2R 1 cos (13) Din compararea relaţiilor (12) şi (13) reultă expresia unghiului enital, : 7

cos = cos cos cos + sin sin (14) Unghiul de înălţare a soarelui pe cer, h, este complementul unghiului enital, : sin h = sin = cos (15) 2 În relaţia (16), impunând condiţia h = 0, reultă unghiurile orare corespunătoare răsăritului, respectiv, apusului de soare: Aceste unghiuri sunt simetrice în raport cu amiaa solară. 0 = acos(tan tan ) (16) Relaţiile de mai sus sunt suficiente pentru a calcula densitatea fluxului de energie solară incident pe o suprafaţă oriontală (ecuaţia 5) în orice poiţie geostaţionară la limita superioară a atmosferei. Iradierea solară în intervalul dt se calculeaă prin integrarea relaţiei (5): 2 dt H = G0 sinh d (17) 1 d Uual, în aplicaţii se calculeaă iradierea solară extraterestră ilnică: 0 243600 H = G sin sin + cos cos cos d (18) 0 2 0 dt 243600 Raportul = calibreaă unităţile de măsură, astfel încât iradierea solară H să d 2 se măsoare în J/m 2, dacă G este exprimat în W/m 2. BIBLIOGRAFIE Paulescu M, Paulescu E, Gravila P, Badescu V. Weather Modeling and Forecasting of PV Systems Operations, Springer, Berlin, 2013 (Ch.2 Solar Radiation Measurements). Paulescu M. Algoritmi de estimare a energiei solare, Ed. MatrixROM, Bucuresti, 2005. Axaopoulos P. Basic principles of solar geometry. Ch. 3 in Solar Thermal Conversion, Simmetria Publications, 2011. 8