lumina soarelui

C ATEGORY: Ispolzvanie iluminat artificial

lumina soarelui

Scopul acestui capitol este de a studia poziția fizică K. A. Timiryazeva efectul de identitate asupra plantelor lumina soarelui și lumina artificială. Pentru a face acest lucru, în primul rând trebuie să ne amintim că este lumina soarelui sau, mai precis, radiatia solara care ajunge la plante, iar normele la care este supusă distribuției sale în ciclul anual al suprafeței planetei noastre.

La fel de necesar și informații cu privire la caracteristicile fizice de bază ale celor mai importante surse de lumină artificială, concepute pentru a înlocui radiații solare pentru dvs. în creștere o mare varietate de specii de plante.

Ambele sunt necesare, nu numai ^ Pentru a înțelege rezultatele obținute și evaluarea fiziologică corectă, dar, de asemenea, pentru stabilirea unui principiu de măsurare unică și doze de diferite tipuri de energie radiantă. Fără a corecta efectele tehnicilor de măsurare radiații nu se pot compara rezultatele diferitelor operații.

Principala sursă de lumină și căldură la suprafața pământului este radiația soarelui. Acesta stabilește condițiile climatice la diferite latitudini și posibilitatea unei vieți normale a organismelor vegetale. Cantitatea de căldură care a fost adus lumina soarelui pe teren este enormă. Se poate presupune că razele solare crește temperatura suprafeței solului, la 300 ° față de spațiul interplanetar. Concomitent cu încălzirea suprafeței, ceea ce duce la deplasarea maselor de aer, ei fac o treabă foarte bună a ciclului apei în atmosfera terestră.

Este clar că o astfel de lucrare colosală poate rshatsya doar printr-o cantitate semnificativă la fel de „tergpi. Într-adevăr, conform estimărilor unor astronomi, solare Euchistaya vin continuu la sol, caracterizată prin cantități foarte mari. Ei consideră că este egal cu 217 de miliarde de 316 milioane de litri. a. sau, alternativ, 543000000000 de motoare cu abur, 400 forțe, în fiecare zi lucrătoare și 1 (0Ch fara oprire. Din punct de vedere electric aceasta corespunde la 1 kW per 1 m2.

Pentru o caracterizare mai completă a soarelui ca o rechemare traductor de energie, a declarat că o mare cantitate de energie radiantă care cade pe pământ este doar o parte din Lyon-dvuhbil că soarele radiază în toate direcțiile.

Fig. 1. Distribuția de energie în spectrul solar. (Conform N. N. Kalitinu.)

Care este natura acestei radiații, dă direct plantelor, - acestea sunt întrebările cele mai interesante la subiect.

Studii recente au condus la concluzia că suprafața radiantă a soarelui (fotosfera) are o temperatură de aproximativ 6000 °. La această temperatură, toate elementele cunoscute sunt în stare de vapori. Temperatura de suprafață radiantă determină compoziția spectrală a radiației. Cu cât temperatura corpului, mai radiație și se mută sale maxime la lungimi de undă mai scurte. Cunoscând temperatura unui corp, este posibil să se facă o idee exactă a compoziției spectrale a radiațiilor și energia raspredetenii spectrul. Analiza calculată pentru alocarea capacității solare spectrul de radiații acord foarte bun cu măsurarea directă a acestor cantități folosind instrumente sofisticate - spektrobolometrov. model de distribuție a energiei poate fi văzută în Fig. 1.

Atmosfera din jurul pământului, câteva schimbă natura radiațiilor solare. Ca rezultat al expunerii sale la o energie maximă de radiație solară la suprafață are loc la o lungime de undă de aproximativ 550 apelantului în viziunea umană normală, un sentiment de lumină galben-verde. Este curios faptul că această valoare maximă în radiație solară la suprafața foarte bine cu sensibilitatea spectrală maximă a ochiului uman. În ambele părți ale vârfului sunt alt domeniu de radiație spectrală, care trece rapid din regiunea vizibilă de dincolo. zona deosebit de largă de radiații solare invizibile în afara părții portocaliu-roșu a spectrului. Această așa-numita radiații infraroșii. La polul opus ei un loc la celălalt capăt al spectrului vizibil ia ca un om de radiații ultraviolete, dar este de multe ori mai mică decât infraroșu. Caracteristicile fizice sunt lungimea de undă de radiație monocromatică sau frecvența undei electromagnetice, energia particulelor individuale sau a fluxului radiant - cuante. Wavelength scade de la infraroșii la ultraviolete, iar cantitatea de fotoni crește cu aceeași mișcare, spectrul. Radiații situată în aceeași lungime de undă, numită monocromatic. Acestea sunt cele mai simple elemente de radiații. Sunt infinit de multe. Ele sunt ca o serie continuă de elemente care formează un spectru continuu. Dar numai un mic segment din emisiile agregate este în ochii noștri senzația de lumină.

Viteza de propagare a fluxului radiant este extrem de mare în comparație cu toate celelalte viteze. In spatiul interplanetar, este egal cu toate radiațiile electromagnetice și se exprimă prin următoarele valori - 299 800 kilometri pe secundă, sau 2998 • 1010 cm pe secundă. Pentru o mai bună apreciere a valorii această viteză există o comparație foarte vizual. Dacă ar fi fost posibil, între pământ și soare pentru a construi podul și pune-l pe tren se deplasează cu o viteză constantă de 60 de kilometri pe oră, ar fi venit de pe pământ la soare de peste 285 de ani, și o rază de ăsteia soare pe o distanță foarte mare în 8 minute.

In mediile cauzand refracției razelor de viteza de propagare diferite de radiație monocromatică variază. De exemplu, în sticlă și în apă radiație roșie se deplasează mai repede decât violet.

Lungimea orice lungime de undă de emisie poate fi măsurată și, astfel, cu mare precizie. Ei (lungimea) reprezintă o valoare foarte mică, nu mai mare decât, de exemplu, pentru radiația vizibilă o miime de milimetru. Pentru a exprima ei sunt următoarele unități: - o milionime de metru sau o miime de milimetru nanometru (th abreviat) - o miime de micron, ongstrem (abreviat A) sau o zece miime de cota micron.

porțiuni de bază colorate ale spectrului vizibil de radiații în forma lor cea mai tipică exprimată prin următoarele lungimi de undă:

Toate aceste radiații într-un anumit raport de energie între ele, la impactul lor asupra simultană a ochiului uman dă impresia de lumină albă.

În cazul în care punctele de vedere cu privire la natura val de radiații se crede că energia este distribuită uniform pe val, dar teoria cuantică neagă acest lucru, și a înlocuit-o cu o alta, care vine de la conceptul de ciorchini individuale de densitate de energie, porțiuni - Quanta. Energia unui singur foton din punctul de vedere al conceptelor obișnuite, este foarte mic, dar pe scara fenomenelor atomice este enorm. Se crede că energia unei cuante de lumină este aproape de energia cinetică a moleculei la o temperatură de 20 000 °. Acest kontsentrirovainostyo conturi de energie pentru un efect dramatic exercitată de lumină asupra materiei. Când lumina este absorbită într-o serie de reacții chimice substanțe care modifică structura lor internă apar. Aceste reacții sunt numite fotochimic.

În ceea ce privește fotosinteza, și, în general, pentru fluxul normal al tuturor proceselor vitale fiziologifskih plantele au nevoie de lumină - energie radiantă, nu numai o compoziție spectrală specifică, dar, de asemenea, facilități corespunzătoare. Atât, precum și durata luminii de zi cu zi, depinde de natura veniturilor pe suprafața radiației solare a pământului.

La diferite momente ale anului, la diferite latitudini ale înălțimii soarelui deasupra orizontului variază de 0-90 °, iar durata luminii de zi cu zi - de la întuneric total la iluminare continuă. Ambii factori determină cantitatea care vine pe pământ energie radiantă solară. Mai mic unghiul la care razele soarelui cad pe sol, cu atât mai mult calea unei Sunbeam și masa mai atmosferic a terenurilor pe care se află în calea sa.

Mai mică soarele este deasupra orizontului, cu atât mai mare masa a atmosferei sunt lumina înainte de a ajunge la sol. Și atmosfera nu este pentru lumina solară medie indiferentă, ci mai degrabă absoarbe și le risipește elementelor sale constitutive, masa sa nu poate afecta, dar atât cantitatea, cât și calitatea luminii pe suprafața pământului. Experiența arată că, atunci când starea medie de transparență atmosferică, în funcție de masa sa, ajunge la sol următoarele cantități de energie radiantă: înălțimea soarelui în C0 ° -70%, la o înălțime de 30 ° - 60%, iar pe picioare soarele deasupra orizontului 5 ° - doar 20% din radiații. Un rol foarte important în distribuția cantitativă a energiei radiante joacă și unghiul la care cade pe suprafața sa de absorbție (fig. 2). Mai mic unghiul de incidență a razei de pe suprafață, se distribuie pe o suprafață mai mare, energia sa și, prin urmare, mai puțină energie este primită în fiecare punct al acestei suprafețe. Când raze solare este incidență pe suprafața pământului la un unghi de 30 °, că fiecare unitate primește această energie de suprafață este mai mică decât de două ori în comparație cu suprafața pe care grinda verticală îi afectează, adică. E. Un unghi de 90 °. Se înțelege că o reducere și mai mare a incidenței și unghiul se va reduce cantitatea de energie radiantă pe unitatea de suprafață. Astfel, atunci când altitudinea soarelui de 10 grade cantitatea de energie pe unitatea de suprafață, este doar o șesime din incidentul sub un unghi drept, și o înălțime de 5 ° doar o doisprezecime din cota sa.

Fig. 2. solnechnoyUradiatsin dependența de tensiune a unghiului de incidență. (Potrivit lui N. Kalitpnu.)

De aceea, iarna, la o înălțime mică a soarelui deasupra orizontului și zilele scurte absorbția de energie radiantă a suprafeței Pământului nu este de ajuns.

Diferitele părți ale atmosferei în moduri diferite absorb și împrăștie lumina soarelui care trece prin ele. Compoziția spectrală a radiației solare Poatomu la limita atmosferei și a terenurilor suprafața pământului este oarecum diferită. El nu rămâne constantă pe tot parcursul zilei și pe tot parcursul anului, mai ales la latitudini temperate și înalte.

Odată ajuns în atmosfera terestră, radiația solară este împrăștiată de molecule de gaze și particule în suspensie, inclusiv praf, cristale de gheață și picături de apă. Natura și dispersia spectrului de emisie al atmosferei variază și este determinată de lungimea de undă de radiație și mărimea particulelor de împrăștiere. Cu cât mai puțin lungimea de undă, mai mare disiparea. Deci, pentru cele mai scurte ultraviolete, ajungând la suprafața pământului, dispersia lor în atmosferă mai mult de 30 de ori în comparație cu regiunea spectrală roșie. Chiar mai important să se schimbe compoziția spectrală a ajunge la suprafața pământului, are rolul de a absorbi atmosfera. Transparența ultimul nu este același lucru pentru diferite regiuni ale spectrului solar.

Cele mai mari schimbări sub influența radiațiilor atmosferice este expus în regiunea ultravioletă. Ea este puternic împrăștiate și absorbit mai mult. Principalul absorbantul al radiațiilor ultraviolete, ozon din atmosferă este situată în partea sa superioară (în stratosferă). Datorită prezenței sale, spectrul radiației solare atinge pământul în final ultraviolet se termină la o lungime de undă de 291 mu.

Impactul radiațiilor asupra celulelor vii lămpi cu mercur din cuarț care emit radiații ultraviolete cu o lungime de undă mai scurtă decât 290 m \ i, a demonstrat un efect distructiv.

radiația infraroșu este absorbit parțial dioxidul de carbon și vaporii de apă din atmosferă, care foarte mult, valoarea totală a lor este supusă unor fluctuații considerabile.

Partea vizibilă a radiației solare suferă cea mai mică schimbare în trecerea lor prin atmosfera. Prin urmare, energia maximă a radiației, care este în zona sinefioletovoy se mișcă ambianță măsură relativ mică, în cazul în care soarele este aproape de zenit, iar atmosfera este curat.

Ideea generală a schimbării zilnice în compoziția spectrală a radiației solare directe la suprafața pământului este dat în Fig. 15 care arată relația dintre cele trei domenii principale ale sale: infraroșu, vizibil și ultraviolete, în funcție de înălțimea soarelui deasupra orizontului. Chiar și cu poziția soarelui este direct deasupra capului (zenitul), care este doar în latitudini sudice, în conturile de radiații infraroșii pentru 50% din valoarea totală a radiației solare. În aceste condiții, radiația vizibilă este doar 46%, iar razele ultraviolete doar 4% din radiația solară totală. Atunci când reducerea înălțimii soarelui de 30 ° față crește cantitatea de radiații infraroșii la 53%, iar vizibil și ultraviolet scade până la 44% din primul și al doilea până la 3%.

Când poziția soarelui la radiațiile ultraviolete orizontul dispare complet din fluxul radiant care ajunge pe Pamant, iar în acest moment el este doar în infraroșu - 72%, iar vizibil - 28%.

În ceea ce privește zona luminii vizibile, compoziția spectrală, în diferite condiții ale soarelui deasupra orizontului este prezentat în Fig. 4. După cum se poate observa, atunci când în picioare la zenitul soarelui toate cele cinci componente principale de lumină albă - roșu, galben, verde, albastru si violet - sunt aproape în aceeași proporție. Pe măsură ce soarele se apropie de orizont roșu-

porțiunea portocalie a creșterilor vizibile de lumină, și toate celelalte zone, în special n albastru-violet, redus drastic. Deja la înălțimea soarelui la 10 ° jumătate din radiații vizibile cuprind raze roșii și cealaltă jumătate a un sfert au radiatii galben pas, iar cele trei porțiuni rămase împreună constituie un spectru de radiație numai 0,25. Când poziția soarelui la orizont apare roșu, deoarece, în acest moment (înălțimea soarelui de aproximativ 0,5 °) trei sferturi din radiația vizibilă atingând pământul este regiunea roșie a spectrului. În acest moment, radiația albastru-violet de la suprafața pământului lipsește. și conturile galben-verde pentru 0,25 toată lumina vizibilă.

În plus față de radiația solară directă, așa cum sa discutat mai sus, viața plantelor este foarte importantă și are o radiație difuză așa-numitele. Acesta din urmă reprezintă aceeași radiație solară, dar numai reflectată de particulele individuale ale atmosferei și diverse suprafețe terestre. În zilele noros, când soarele era acoperită de nori, pentru a planta vine numai radiația împrăștiată. Deoarece multe dintre aceste zile, este interesant să știm, ce este acest tip de lumină. Principala diferență de radiația directă constă în faptul că acesta din urmă are un flux direcțional de energie radiantă de la soare iradiat nm la orice obiect sau suprafață, în timp ce radiația solară difuză nu este forța de tracțiune generală, și vine din toate punctele de pe cer. Acest lucru face ca radiația împrăștiată este cel mai mare volum. A doua diferență a acestor fluxuri este redusă la compoziția lor spectrală inegală. Astfel, radiația împrăștiată în prezența unui cer fără nori predomină partea unde scurte sub un cer înnorat, dimpotrivă, mișcările maxime de radiații t; lungimi de unda mai lungi.

Fig. 3. Compoziția spectrală a radiației solare la altitudini diferite ale soarelui deasupra orizontului. 1 - infra-roșu; 2 - vizibil; 3 - ultraviolete. (Conform N. N. Kalitinu.)

Deoarece sursa radiației împrăștiate este un fascicul de lumina soarelui, atunci toate legile de bază date pentru radiația solară directă, sunt într-o anumită măsură și împrăștiate. În special, intensitatea radiației împrăștiate variază în funcție de înălțimea soarelui deasupra orizontului. Crește odată cu creșterea altitudinii și scade odată cu scăderea acesteia din urmă. Cu un cer senin cantitatea de radiații împrăștiate depinde de atmosfera. Mai pure atmosfera, radiația mai puțin dispersate; mai mare decât centrele atmosferice suplimentare de dispersie (de praf și altele asemenea. p.), radiația mai împrăștiate. Cu toate acestea, așa cum se arată prin măsurători directe, cantitatea de radiații împrăștiate în timpul cer fără nori este foarte mică și rolul său în parohia globală a energiei radiante la suprafața Pământului este neglijabilă. Situația este diferită sub un cer înnorat. În acest moment, cantitatea de lumină difuză este mult crescută, ca norii, picăturile de apă care constau cristale de gheață pz LAI sunt bune împrăștiere și mediu de reflexie. Rolul radiației împrăștiate este deosebit de mare pentru hpirot de nord și polare, unde lumina directă a soarelui nu este adesea cazul. Pentru plante, cel mai important este așa-numita radiație totală constând pz solare directe și împrăștiate.