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  • 1. L’ENERGIA SOLARE
    A cura di: Viada Chiara, Carle Erika, Magnone Elisa, Campanini Manuela, Sampò Matteo
  • 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.
  • 5. MATERIALE
  • 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:
  • 9.
  • 10.
  • 11.
  • 12. IRRADIAMENTO PRODOTTO DAL SOLE AL LIVELLO DELLA SUPERFICIE TERRESTRE
  • 13.
  • 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).
  • 15. CALCOLO DELLA TEMPERATURA SUPERFICIALE DEL SOLE
  • 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.
  • 18. GRAZIE PER L’ATTENZIONE