Количество солнечной энергии, достигающей на поверхность Земли, изменяется из-за движения земли вокруг своей оси и Солнца. Эти изменения зависят от времени суток и времени года. Обычно в полдень на Землю попадает наибольшее количество солнечной радиации, чем рано утром или поздно вечером. В полдень Солнце находится в зените, и длина пути прохождения лучей Солнца через атмосферу Земли сокращается. Вследствие этого, меньшее количество солнечных лучей преломляется и отражается, следовательно, больший объем солнечной радиации достигает поверхности земли. Количество энергии, падающей на единицу площади в единицу времени, зависит от ряда факторов: широты, местного климата, сезона года, угла наклона поверхности по отношению к Солнцу.Количество солнечной энергии, достигающей поверхности Земли, отличается от среднегодового значения: в зимнее время - менее чем на 0,8 кВт*ч/м 2 в день на Севере Европы и более чем на 4 кВт*ч /м 2 в день в летнее время в этом же регионе. Различие уменьшается по мере приближения к экватору. Количество солнечной энергиизависит и от географического месторасположения объекта: чем ближе к экватору, тем оно больше. Например, среднегодовое суммарное солнечное излучение, падающее на горизонтальную поверхность, составляет: в Центральной Европе, Средней Азии и Центральном регионе России - приблизительно 1000 кВт*ч/м 2 ; в Средиземноморье приблизительно 1500 кВт*ч/м 2 ; в большинстве пустынных регионов Африки, Ближнего Востока и Австралии - приблизительно 2200 кВт*ч/м 2 . Таким образом, количество солнечной радиации существенно различается в зависимости от времени года и географического положения. Этот фактор играет важнейшую роль при расчете эффективности использования электростанций, в которых используются солнечные батареии коллекторы. Рис.1.2 Распределение солнечной радиации на поверхности Земли.
1.4 История развития солнечных коллекторов
Люди нагревали воду при помощи Солнца с давних времен, до того, как ископаемое топливо заняло лидирующее место в мировой энергетике. Принципы солнечного отопления известны на протяжении тысячелетий. Покрашенная в черный цвет поверхность сильно нагревается на солнце, тогда как светлые поверхности нагреваются меньше, белые же меньше всех остальных. Это свойство используется в солнечных коллекторах - наиболее известных приспособлениях, непосредственно использующих энергию Солнца. Коллекторы были разработаны около двухсот лет назад. Самый известный из них - Технология изготовления солнечных коллекторов достигла практически современного уровня в 1908 году, когда Вильям Бейли из американской "Carnegie Steel Company" изобрел коллектор с теплоизолированным корпусом и медными трубками. Этот коллектор весьма походил на современную термосифонную систему (см. ниже). К концу первой мировой войны Бейли продал 4 000 таких коллекторов, а бизнесмен из Флориды, купивший у него патент, к 1941 году продал почти 60 000 коллекторов. Введенное в США во время второй мировой войны нормирование меди привело к резкому падению рынка солнечных обогревателей. До всемирного нефтяного кризиса 1973 года эти устройства пребывали в забвении. Однако кризис пробудил новый интерес к альтернативным источникам энергии. В результате возрос спрос и на солнечную энергию. Многие страны живо интересуются развитием этой области. Эффективность систем солнечного отопления с 1970-х постоянно возрастает благодаря использованию для покрытия коллекторов закаленного стекла с пониженным содержанием железа (оно пропускает больше солнечной энергии, чем обычное стекло), улучшенной теплоизоляции и прочному селективному покрытию.
Солнечная энергия восстанавливается без участия человека естественным путем и является одним из экологически безопасных источников. Ученые всего мира работают над разработкой систем, которые расширят возможности использования солнечной энергии. Один квадратный метр Солнца излучает 62 900 кВт энергии. Это количество излучения равно работе 1 миллиона электрических ламп.(10)
Солнечная энергия может быть преобразована в полезную энергию и использоваться для активных и пассивных энергетических систем. Более масштабный способ использования солнечного света это строительство зданий, при проектировании которых, были учтены климатические условия, подобранны строительные материалы, максимально использующие солнечную энергию, для обогрева или охлаждения, освещения зданий. При таком проектировании сама конструкция здания является коллектором, аккумулирующем солнечную энергию. Такие здания экологически чистые, комфортные и энергетически независимые.
Принцип активных систем использование солнечной энергии, при этом применяется солнечный коллектор. Он поглощает солнечный свет, превращая ее в тепло, которое через теплоноситель обогревает здания, нагревает воду и может преобразовать ее в электрическую энергию. Солнечные коллекторы могут использоваться в бытовых нуждах, сельском хозяйстве и в промышленности.
Солнце - звезда Солнечной системы, которая является для источником громадного количества тепла и ослепительного света. Несмотря на то, что Солнце находится от нас на значительном расстоянии и до нас доходит лишь небольшая часть его излучения, этого вполне достаточно для развития жизни на Земле. Наша планета вращается вокруг Солнца по орбите. Если с космического корабля наблюдать Землю в течение года, то можно заметить, что Солнце всегда освещает только какую-либо одну половину Земли, следовательно, там будет день, а на противоположной половине в это время будет ночь. Земная поверхность получает тепло только днем.
Наша Земля нагревается неравномерно. Неравномерный нагрев Земли объясняется ее шарообразной формой, поэтому угол падения солнечного луча в разных районах различен, а значит, различные участки Земли получают различное количество тепла. На экваторе солнечные лучи падают отвесно, и они сильно нагревают Землю. Чем дальше от экватора, тем угол падения луча становится меньше, а следовательно, и меньшее количества тепла получают эти территории. Один и тот же по мощности пучок солнечного излучения обогревает гораздо меньшую площадь, так как он падает отвесно. Кроме того, лучи, падающие под меньшим углом, чем на экваторе,пронизывая , проходят в ней больший путь, вследствие чего часть солнечных лучей рассеивается в тропосфере и не доходит до земной поверхности. Все это свидетельствует о том, что при удалении от экватора к северу или к югу уменьшается , так как уменьшается угол падения солнечного луча.
На степень нагрева земной поверхности влияет также и то, что земная ось наклонена к плоскости орбиты, по которой Земля совершает полный оборот вокруг Солнца, под углом 66,5° и все время направлена северным концом в сторону Полярной звезды.
Представим себе, что Земля, двигаясь вокруг Солнца, имеет земную ось, перпендикулярную плоскости орбиты вращения. Тогда бы поверхность на разных широтах получала бы неизменное в течение года количество тепла, угол падения солнечного луча был все время постоянным, всегда день был бы равен ночи, не происходило бы смены времен года. На экваторе эти условия мало отличались бы от нынешних. Существенное влияние на нагрев земной поверхности, а значит, и на весь наклон земной оси имеет именно в умеренных широтах.
В течение года, то есть за время полного оборота Земли вокруг Солнца, особо примечательны четыре дня: 21 марта, 23 сентября, 22 июня, 22 декабря.
Тропики и полярные круги разделяют поверхность Земли на пояса, которые различаются между собой солнечной освещенностью и количеством тепла, получаемого от Солнца. Выделяют 5 поясов освещенности: северный и южный полярные, которые получают мало света и тепла, пояс с жарким климатом и северный и южный пояса, которые получают света и тепла больше, чем полярные, но меньше, чем тропические.
Итак, в заключение можно сделать общий вывод: неравномерный нагрев и освещение земной поверхности связаны с шарообразностью нашей Земли и с наклоном земной оси до 66,5° к орбите вращения вокруг Солнца.
Как изменяется высота Солнца над горизон-том на протяжении года. Чтобы выяснить это, вспомните результаты своих наблюдений за длиной тени, которую отбрасывает гномон (шест длиной 1 м) в полдень. В сентябре тень была одной длины, в октябре она стала длиннее, в ноябре — ещё длиннее, в 20-х числах декабря — самой длинной. С конца декабря тень снова уменьшается. Изменение длины тени гно-мона показывает, что на протяжении года Солнце в полдень бывает на разной высоте над горизонтом (рис. 88). Чем выше Солнце над горизонтом, тем короче тень. Чем ниже Солнце над горизонтом, тем длиннее тень. Выше всего поднимается Солнце в Северном полушарии 22 июня (в день летнего солнцестояния), а наиболее низкое его положение — 22 декабря (в день зимнего солнцестояния).
Почему нагревание поверхности зависит от высоты Солнца. Из рис. 89 видно, что одинаковое количество света и тепла, поступающее от Солнца, при его высоком положении попадает на меньший участок, а при низком — на больший. Ка-кой участок будет нагреваться больше? Разумеется, меньший, поскольку там сосредоточены лучи.
Следовательно, чем выше Солнце над горизонтом, тем прямолинейнее падают его лучи, тем больше нагревается земная поверхность, а от неё и воздух. Тогда наступает лето (рис. 90). Чем ниже Солнце над горизонтом, тем меньше угол падения лучей, и тем меньше нагревается поверхность. Наступает зима.
Чем больше угол падения солнечных лучей на земную поверхность, тем больше она освещается и на-гревается.
Как нагревается поверхность Земли. На по-верхность шарообразной Земли солнечные лучи, падают под разным углом. Наибольший угол паде-ния лучей на экваторе. По направлению к полюсам он уменьшается (рис. 91).
Под наибольшим углом, почти отвесно, солнечные лучи падают на экваторе. Земная поверхность там получает больше всего солнечного тепла, поэто-му у экватора жарко круглый год и смены времён года не бывает.
Чем дальше от экватора на север или на юг, тем угол падения солнечных лучей меньше. Вследствие этого меньше нагреваются поверхность и воздух. Становится прохладнее, чем на экваторе. Появляются времена года: зима, весна, лето, осень.
На полюса и приполярные районы зимой солнечные лучи совсем не попадают. Солнце по несколько ме-сяцев не появляется из-за горизон-та, и день не наступает. Это явление называется полярная ночь . Поверхность и воздух сильно охлаждаются, поэтому зимы там очень суровые. Ле-том же Солнце месяцами не заходит за горизонт и светит круглые сутки (ночь не наступает) — это полярный день . Казалось бы, если так долго продолжается лето, то и поверхность должна нагре-ваться. Но Солнце находится низко над горизонтом, его лучи лишь скользят по поверхности Земли и почти не нагревают её. Поэтому лето вблизи полю-сов холодное.
Освещение и нагревание поверхности зависят от её расположения на Земле: чем ближе к экватору, тем больше угол падения солнечных лучей, тем сильнее нагревается поверхность. По мере удаления от эк-ватора к полюсам угол падения лучей уменьшается, соответственно поверхность нагревается меньше, и становится холоднее. Материал с сайта
 |
| Весной растения начинают бурно развиваться |
Значение света и тепла для живой природы. Солнечный свет и тепло необходимы всему живому. Весной и летом, когда света и тепла много, расте-ния находятся в расцвете. С приходом осени, когда Солнце над горизонтом снижается и уменьшается поступление света и тепла, растения сбрасывают листву. С наступлением зимы, когда продолжительность дня небольшая, природа находится в состоянии покоя, некоторые животные (медведи, барсуки) даже впадают в спячку. Когда наступаем весна и Солнце поднимается всё выше, у растений снова начинается активный рост, оживает животный мир. И всё это благодаря Солнцу.
Декоративные растения, такие как монстера, фикус, аспарагус, если их постепенно поворачивать к свету, разрастаются равномерно во все стороны. Но цветущие растения плохо переносят такую перестановку. Азалия, камелия, герань, фуксия, бегония почти сразу сбрасывают бутоны и даже листья. Поэтому во время цветения «чув-ствительные» растения лучше не переставлять.
Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском
На этой странице материал по темам:
- кратко распределение света и тепла на земном шаре
От экватора к полюсам уменьшается, что является результатом шарообразности планеты. Высота полуденного Солнца вблизи экватора и на экваторе будет самая большая, а на Полюсах планеты – самая маленькая. Это приводит к тому, что каждая единица площади солнечного тепла и света получает все меньше.
Замечание 1
В результате такого неравномерного распределения солнечного тепла и света поверхность Земли разделили на пять поясов освещенности, границами которых являются тропики и полярные круги:
- Жаркий пояс освещенности;
- Два умеренных пояса освещенности;
- Два холодных пояса освещенности.
Причиной образования этих поясов является наклон оси вращения планеты к плоскости орбиты, а также движение Земли вокруг Солнца.
Определение 1
Пояс освещенности – это часть поверхности Земли, ограниченная тропиками и полярными кругами со своими условиями освещенности. Освещенность – это поток солнечного света, падающий на единицу поверхности.
Пояса отличаются друг от друга высотой полуденного Солнца над горизонтом, продолжительностью дня и тепловыми условиями. По одному разу в год ($22$ июня и $22$ декабря) на Северном и Южном тропике солнечные лучи падают отвесно. Полярный день и полярная ночь тоже бывают по одному разу в год ($22$ декабря и $22$ июня), что характерно для Северного и Южного полярного круга. Пояса освещенности характеризуются разной температурой воздуха и разными природными условиями.
Жаркий пояс освещенности
Этот пояс занимает $2/5$ или около $40\%$ поверхности Земли и расположен между Северным и Южным тропиками. Солнце в этом поясе всегда высоко стоит над горизонтом, поэтому поверхность очень хорошо прогревается. Разницы между летними и зимними температурами нет, термические сезоны отсутствуют. Среднегодовая температура воздуха составляет $+25$ градусов. Продолжительность светового дня и продолжительность ночи примерно совпадают и составляют по $12$ часов. Сумерки отсутствуют. Солнце дважды в год бывает в зените – на Северном и Южном тропике. Границы жаркого пояса совпадают с границами распространения пальм на суше и кораллов в океане. Территория этого пояса получила название «жаркого», потому что получает самое большое количество тепла в течение всего года.
Умеренные пояса освещенности
На Земле этих поясов освещенности два – один в Северном полушарии, второй – в Южном полушарии. Оба они примыкают к жаркому поясу и расположены между полярными кругами и тропиками. В отличие от жаркого пояса освещенности солнечные лучи здесь падают на поверхность Земли уже под некоторым наклоном. К северу этот наклон будет увеличиваться, а это значит, что поверхность Земли нагревается меньше, и температуры будут ниже. В умеренных поясах освещенности Солнце никогда не бывает в зените. Времена года здесь четко выражены. С приближением к Полярному кругу зима становится длинной и холодной, с приближением к тропику теплее и продолжительнее становится лето. Со стороны полюсов умеренные пояса освещенности ограничивает изотерма $+10$ градусов. Это граница распространения лесов. На умеренные пояса освещенности приходится более половины поверхности земного шара. В летний период вблизи полярных кругов наблюдается такое явление, как белые ночи, которые можно наблюдать в северных городах, расположенных на широте Санкт-Петербурга. Летом продолжительность дня, зависящая от географической широты, намного больше по сравнению с продолжительностью ночи. В зимний период продолжительность ночи увеличивается.
Холодные пояса освещенности
Один холодный пояс освещенности расположен в Северном полушарии, второй – в Южном полушарии. Занимают они всего $8\%$ территории и находятся внутри полярных кругов. Условия распределения солнечного тепла и света в этих поясах освещения наиболее интересны. Солнце в зимний период вообще не показывается из-за горизонта, наступает полярная ночь. В летний период Солнце не успевает спрятаться за горизонт, поэтому наблюдается полярный день. К полюсам продолжительность полярных дней и ночей увеличивается и достигает шести месяцев. Зимы холодные и суровые, а лето прохладное и короткое. Даже летом угол падения солнечных лучей очень маленький, поэтому поверхность нагревается слабо. Во время полярной ночи приток тепла совсем отсутствует и происходит сильное выхолаживание. Северный и Южный полюсы являются царствами вечного льда.
Определение 2
Полярный день – это период, в течение которого Солнце в высоких широтах не опускается за горизонт круглые сутки.
Ближе к полюсу продолжительность полярного дня увеличивается и достигает $189$ суток на Северном полюсе, на Южном полюсе из-за неодинаковой скорости движения Земли продолжительность несколько меньше. На параллели $68$ градусов – это полярный круг – день длится около $40$ суток.
Определение 3
Полярная ночь – это период, в течение которого Солнце в высоких широтах не поднимается над горизонтом.
Это явление противоположно полярному дню и тоже наблюдается и в Северном и в Южном полушарии. Полярная ночь фактически всегда короче полярного дня. Деление планеты на такие крупные пояса освещенности не удовлетворяет практических потребностей. Определить высоту Солнца и продолжительность светового дня достаточно просто. Рассмотрим это на примере.
Пример 1
В Санкт-Петербурге, например, широта которого $60$ градусов в полдень $21$ марта и $23$ сентября, Солнце будет находиться на высоте $90-60=30$ градусов. Когда Солнце находится на тропике, его высота в полдень будет увеличиваться на $23$ градуса $27$ минут. Тогда продолжительность дня в Санкт-Петербурге $21$ июня будет составлять $90-60+23,27=53$ градуса $27$ минут, что составляет $18,5$ часов. В зимний период Солнце перемещается в Южное полушарие, высота его, естественно, уменьшается и достигает минимальной своей отметки в дни солнцестояний. В этом случае она уменьшается на $23,27$ градуса. Для Санкт-Петербурга $22$ декабря Солнце будет находиться на высоте $90-60-23,27=6,33$ градуса. Продолжительность светового дня при такой высоте Солнца составит всего $5,5$ часов.
Из всех поясов освещенности, существующих на Земле, наиболее комфортные условия для человека отмечаются в умеренных поясах ближе к жарким. Малопригодными для жизни являются холодные пояса. В жарких поясах отмечается избыток энергии.
Освещенность поверхности Земли и здоровье
В жизни людей дневной свет играет очень большую роль. Он не только обеспечивает зрительное восприятие, но и влияет на основные процессы жизнедеятельности, регулируя обмен веществ и устойчивость к воздействию неблагоприятных факторов окружающей среды. Ритм жизни природа установила чередованием дня и ночи. Естественный свет, как показали многочисленные эксперименты – это элемент времени внутренних часов человека. Атмосфера, создаваемая освещением, оказывает влияние на настроение людей, на их работоспособность.
Урок 4. Пояса освещенности (§ 4)
Цель: Сформировать представление о неравномерности распределения солнечного света и тепла на Земле, о поясах освещенности Земли.
Давать определения терминов и понятий.
Научить объяснять географические следствия движения Земли, неравномерное распределение света и тепла по поверхности Земли, влияние Космоса на Землю и жизнь людей.
Составлять характеристики природных объектов и явлений.
Обозначать и показывать на картах географические объекты по тематике урока.
Продолжить формирование предметных и метапредметных учебных действий на основе тематического содержания урока.
Решаемая учебная задача:
Основные понятия: пояс освещенности, Северный тропик, Южный тропик, Северный полярный круг, Южный полярный круг.
Оборудование: Глобус, физическая карта полушарий, контурные карты.
Организационная структура урока
I. Проверка домашнего задания
1. Сколько раз в году солнце стоит в зените на экваторе?
2. В какие дни наблюдается зенитальное положение солнца на экваторе?
7. Почему на Земле происходит смена времен года?
8. Почему солнечное тепло и свет по поверхности Земли распределено неравномерно?
9. Чем примечательны дни осеннего и весеннего равноденствия?
Доп. задание:
1. Определите объекты по географическим координатам:
28ºс.ш. 87ºв.д. - г.Джомолунгма;
32ºю.ш. 70ºз.д. - г.Аконкагуа;
16ºю.ш. 6ºз.д. - о.Св.Елены.
II. Актуализация знаний
Давайте вспомним
2. Какие районы Земли получают наибольшее количество солнечного света, а какие - наименьшее?
III. Изучение нового материала
Постановка проблемы
Как изменилось бы градусное значение географической широты тропиков и полярных кругов при изменении угла наклона земной оси?
А для начала давайте найдем эти «особые» линии на карте и на глобусе, они проведены пунктиром. Как вы думаете, для чего?
Рассмотрите рисунок 15, с.25 учебника. Вас ничего не смущает на этом рисунке? (Нет тени.) Такое явление можно наблюдать только на широте тропиков. На них в дни солнцестояний солнце в полдень находится в зените, то есть точно над головой. При таком положении солнечные лучи падают на земную поверхность строго вертикально. В день летнего солнцестояния солнце находится точно над Северным тропиком, а в день зимнего солнцестояния - над Южным.
Рассмотрим рисунок 17 учебника, с.27. Широты, где можно наблюдать солнце в зените, расположены в жарком поясе освещенности. Он находится Между Северным и Южным тропиками. Области, где наблюдаются полярный день и полярная ночь, называются полярными поясами. Их два: северный полярный пояс расположен севернее Северного полярного круга, а южный полярный пояс соответственно лежит южнее Южного полярного круга. Пояса между тропиками и полярными кругами называются северным умеренным и южным умеренным. В них наблюдаются самые значительные различия в высоте солнца над горизонтом зимой и летом, а следовательно, ярко выраженные четыре сезона года.
Запись в тетрадях
Северный тропик - 23,5ºс.ш.
Южный тропик - 23,5ºю.ш.
Северный полярный круг - 66,5ºс.ш.
Южный полярный круг - 66,5ºс.ш.
Что обозначают эти цифры? Ответ найдите в учебнике.
Практическое задание:
1. Обозначьте на контурной карте линии, являющиеся границами поясов освещенности. Подпишите названия линий поясов.
Границами тропического пояса освещенности служат Северный и Южный тропики. В тропическом поясе можно наблюдать солнце в зените, то есть точно над головой наблюдателя. В этот момент не бывает тени от предметов. Границы пояса - тропики - обозначаются на всех картах.
Определите территории, страны мира, где можно наблюдать солнце в зените, и, наоборот, территории, где это явление наблюдать невозможно.
В тропическом поясе освещенности солнце бывает в зените, следовательно, эти части поверхности Земли сильнее всего нагреваются солнцем, то есть это самые жаркие территории нашей планеты. Средняя годовая температура воздуха здесь не опускается ниже 20ºС, поэтому в тропическом поясе плодоносят пальмы, а в морях развиваются кораллы.
Самыми холодными на Земле являются северный и южный полярные пояса, а для умеренных поясов характерны четко выраженные сезонные различия.
Итак, давайте выявим закономерность: разные широты Земли освещаются и нагреваются по-разному - чем ближе к экватору, тем сильнее нагрев и тем больше тепла и света получает земная поверхность. Чем ближе к полюсам, тем меньше света и тепла. Пояса освещенности сменяют друг друга от экватора к полюсам.
Работаем в РТ с.13-15 (тестовые задания и тематический практикум з.1).
Работаем с таблицей «Изменение продолжительности дня на различных широтах в течение года в Северном полушарии» (в ч и мин).- Что такое полярная ночь?
Что такое полярный день?
Проанализируйте таблицу «Продолжительность полярного дня и полярной ночи на разных широтах Северного полушария» (сутки).
IV. Закрепление
Ответьте на проблемный вопрос урока.
Что имел в виду А.С.Пушкин, написав эти строки?
…Когда я в комнате моей
Пишу, читаю без лампады,
И ясны спящие громады
Пустынных улиц, и светла
Адмиралтейская игла,
И, не пуская тьму ночную
На золотые небеса,
Одна заря сменит другую
Спешит, дав ночи полчаса.
Ответьте на вопросы
1. В чем состоит особенность распределения солнечного света по поверхности Земли?
2. Какие районы Земли получают наибольшее количество солнечного света? Наименьшее количество?
3. Какие особенные дни, связанные с разным уровнем освещенности Земли, есть в календаре?
А теперь более сложные вопросы
1. Какова минимальная продолжительность полярной ночи?
2. При каком угле наклона земной оси в вашем населенном пункте можно было бы наблюдать полярные ночь и день?
Практическое задание:
Составьте характеристику природных условий, характерных для разных поясов освещенности.
§ 4. Выполните задания и ответьте на вопросы в конце параграфа.
Таблица «Изменение продолжительности дня на различных широтах в течение года в Северном полушарии» (в ч и мин).
Таблица «Продолжительность полярного дня и полярной ночи на разных широтах Северного полушария» (сутки).
