Grundlagen der Energieübertragung und Strahlungsmessung

Formen der Energieübertragung

Strahlung

Ein Körper mit einer bestimmten Temperatur überträgt Energie in Form von elektromagnetischen Wellen, abhängig von seiner absoluten Temperatur.

Schwarzer Körper

Ein Körper, der die gesamte einfallende Energie absorbiert und wieder abgibt. Er ist als idealer Körper bekannt. Die Menge der von einem schwarzen Körper abgestrahlten Energie wird durch das Stefan-Boltzmann-Gesetz beschrieben.

Wärmeleitung

Sie ist eine Funktion des Temperaturgradienten (dT/ds). Sie beschreibt die Beziehung zwischen der übertragenen Wärmemenge pro Flächeneinheit des Querschnitts pro Zeit. Die Wärmeleitung ist in Festkörpern am effizientesten, tritt aber auch in Flüssigkeiten und Gasen auf.

Konvektion

Dies ist eine Form der Wärmeübertragung, die vor allem in Flüssigkeiten und Gasen von Bedeutung ist.

Albedo der Erde (α)

Das Verhältnis zwischen der reflektierten Lichtenergie im Vergleich zur gesamten einfallenden Energie.

Treibhauseffekt

Ein Prozess, bei dem die von der Erde abgestrahlte Energie reflektiert und von der Atmosphäre absorbiert wird, was zur globalen Erwärmung führt. Der Mensch trägt durch verschiedene Prozesse, die Partikel in die Atmosphäre freisetzen, zur Erhöhung der Erdtemperatur bei.

Messung der Sonnenstrahlung

Aktinometrie

Untersuchung der Strahlungsenergie unter thermischen, chemischen und optischen Aspekten an jedem Ort der Erde.

Instrumente zur Messung

• Pyrheliometer: Misst die Intensität der direkten Sonnenstrahlung bei senkrechtem Lichteinfall.
• Pyranometer: Instrumente zur Messung der Globalstrahlung, die die Strahlung aus dem gesamten Himmelsbereich empfangen.
• Aktinograph nach Robitzsch: Besteht aus drei Bimetallstreifen, zwei davon weiß und ein schwarzer in der Mitte.
• Heliograph nach Campbell-Stokes: Misst die Sonnenscheindauer an einem bestimmten Ort während des Tages.

Aufbau des Heliographen

Er besteht aus folgenden Komponenten:

• Eine Glaskugel (ca. 10 cm Durchmesser), die die Sonnenstrahlen in einem Brennpunkt konzentriert, der sich mit der Sonnenposition verschiebt.
• Ein halbkreisförmiger Metallring, der die Glaskugel teilweise umgibt und drei Kanäle für verschiedene Papierstreifen enthält: kurz gebogenes Band, lang gebogenes Band und gerades Band.
• Ein Metallstift, der das Band fixiert.
• Eine horizontale Metallstütze und ein Stellring, die auf einer Breitengradskala eingestellt werden.

Die Position des Heliographen muss so ausgerichtet sein, dass die Achse den geografischen Polen entspricht.