Energía
Solar |
EL
SOL Y LA ENERGÍA SOLAR En estas reacciones, los átomos de hidrógeno se combinan entre sí para formar átomos de helio, una parte pequeña de la masa de los átomos de helio se convierte en energía, que fluye desde el interior hasta la fotosfera y de allí es irradiada al espacio en todas las direcciones. La energía irradiada es transportada en forma de ondas electromagnéticas (fotones) en una amplia gama de longitudes de onda diferentes, se desplazan a una velocidad de 300.000 kilómetros por segundo y tarda ocho minutos en recorrer los 150 millones de kilómetros de distancia que nos separa del sol. Según estudios realizados, la temperatura media de la tierra a experimentado un aumento en los últimos 40 años; las causas de este calentamiento están por descubrirse; aunque existen distintos y variados puntos de vista al respecto. Unos culpan de ello al monóxido de carbono producido por el hombre en los procesos de combustión, otros acusan a los rayos cósmicos, a los aerosoles y en consecuencia a las nubes. En el breve lapso de tiempo de un segundo, el sol irradia en todas las direcciones del espacio una energía aproximada de 400x10E24 julios; lo que genera una potencia aproximada de 400x10E21 kilovatios; lo que es mucha más energía que la consumida por toda la humanidad desde su nacimiento hasta nuestros días. A nuestra estrella se prevé que le quedan más de 5.000 millones de años para calentar y dar vida a nuestro planeta. El
Sol sale por el Este y se oculta por el Oeste tras elevarse más
o menos en el cielo, dependiendo de las estaciones. El 29 % de la radiación
que llega a nuestro planeta es devuelta al espacio por el fenómeno
de reflexión. El 47 % se convierte en calor al ser absorbida por
la atmósfera, los mares y el suelo. La cantidad de energía solar recibida por unidad de superficie y unidad de tiempo sobre una superficie perpendicular al sol, situada en el límite de la atmósfera, a la distancia media anual tierra-sol; es lo que se denomina constante solar. Su valor es 1353 w/m² y representa la energía media que llega a la capa más externa de la atmósfera terrestre. Esta constante no es tan constante, debido a la variación de distancia entre la tierra y el sol a lo largo del año. La intensidad de energía real disponible en la superficie terrestre es menor que la constante solar debido a la absorción y a la dispersión de la radiación que origina la interacción de los fotones con la atmósfera. La intensidad de energía solar disponible en un punto determinado de la tierra depende, de forma complicada pero predecible, del día del año, de la hora y de la latitud. Además, la cantidad de energía solar que puede recogerse depende de la orientación del dispositivo receptor.
La
expresión matemática de esta ley, llamada distribución
de Planck, relaciona la intensidad de la energía radiante que emite
un cuerpo en una longitud de onda determinada con la temperatura del cuerpo.
Para cada temperatura y cada longitud de onda existe un máximo
de energía radiante. Sólo un cuerpo ideal (cuerpo negro)
emite radiación ajustándose exactamente a la ley de Planck.
Los cuerpos reales emiten con una intensidad algo menor. La
contribución de todas las longitudes de onda a la energía
radiante emitida se denomina poder emisor del cuerpo, y corresponde a
la cantidad de energía emitida por unidad de superficie del cuerpo
y por unidad de tiempo. Como puede demostrarse a partir de la ley de Planck,
el poder emisor de una superficie es proporcional a la cuarta potencia
de su temperatura absoluta. El
factor de proporcionalidad se denomina constante de Stefan-Boltzmann en
honor a dos físicos austriacos, Joseph Stefan y Ludwig Boltzmann
que, en 1879 y 1884 respectivamente, descubrieron esta proporcionalidad
entre el poder emisor y la temperatura. Algunas sustancias, entre ellas muchos gases y el vidrio, son capaces de transmitir grandes cantidades de radiación. Se observa experimentalmente que las propiedades de absorción, reflexión y transmisión de una sustancia dependen de la longitud de onda de la radiación incidente. El vidrio, por ejemplo, transmite grandes cantidades de radiación ultravioleta, de baja longitud de onda, pero es un mal transmisor de los rayos infrarrojos, de alta longitud de onda. Una consecuencia de la distribución de Planck es que la longitud de onda a la que un cuerpo emite la cantidad máxima de energía radiante disminuye con la temperatura. La
ley de desplazamiento de Wien, llamada así en honor al físico
alemán Wilhelm Wien, es una expresión matemática
de esta observación, y afirma que la longitud de onda que corresponde
a la máxima energía, multiplicada por la temperatura absoluta
del cuerpo, es igual a una constante, 2.878 micrómetros-Kelvin.
Este hecho, junto con las propiedades de transmisión del vidrio
antes mencionadas, explica el calentamiento de los invernaderos. La
energía radiante del sol, máxima en las longitudes de onda
visibles, se transmite a través del vidrio y entra en el invernadero.
En cambio, la energía emitida por los cuerpos del interior del
invernadero, predominantemente de longitudes de onda mayores, correspondientes
al infrarrojo, no se transmiten al exterior a través del vidrio.
Así, aunque la temperatura del aire en el exterior del invernadero
sea baja, la temperatura que hay dentro es mucho más alta porque
se produce una considerable transferencia de calor neta hacia su interior.
El Piranómetro o Actinómetro se destinan a medir en un plano determinado la radiación Global recibida en un periodo de tiempo; éstos van conectados a un registro que nos muestra la distribución de la radiación solar a lo largo de los períodos de tiempo deseados y acoplado además a un integrador que nos da la energía total captada en los períodos. Los Solarímetros miden el número de horas de insolación reales en una localidad y sirven para calcular la radiación solar en una zona, por métodos indirectos; casi todos los observatorios meteorológicos lo poseen. |
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