Pro gradu -tutkielma Fysiikan opettajan ... - Helsinki.fi

Tarkastellaan aluksi auringon säteilyä. Lämpötilassa T olevasta kappaleesta lähtevän säteilynteho P pinta-alayksikköä A kohden voidaan laskea Stefanin-Boltzmannin lain avulla.dPdA = T 4 (1),missä on emissiivisyys ja =5,76051⋅10 −8W m 2on Stefanin-Boltzmannin vakio(Mansfield, O'Sullivan, 1998).Voidaan olettaa Auringon säteilevän likimain mustan kappaleen tavoin, jolloin =1 ja ettäse säteilee keskimäärin vakioteholla pinnan jokaisessa kohdassa. Auringon efektiivinenlämpötila T a on 5785 K ja säde r a = 6,960⋅10 8 m(Karttunen, H., Donner, K. J., Kröger, P.,Oja, H., Poutanen, M., 1995). Tällöin kaavan (1) ja auringon pinta-alan avulla voidaanilmoittaa auringon kokonaissäteilyteho P 0P 0 =4 r a 2 T a 4 ≈3,866⋅10 26 W (2)(itseasiassa efektiivinen lämpötila määritellään kaavan (2) avulla (Karttunen ym., 1995)).Säteily jakautuu auringon ympärille tasaisesti pallokuoren muotoiselle alueelle. Maankeskimääräisellä etäisyydellä auringosta r 0 säteilyn teho pinta-alayksikköä saadaan kaavan (3)avulla. Tämä määritellään aurinkovakioksi S 0 .dPdA = P 04 r 02 =:S 0 (3).Todellisuudessa S 0 ei ole aivan vakio, mutta sen vaihtelu on vähäistä. Sijoittamalla suureidenP 0 ja r 0=149,6⋅10 9 m(Karttunen ym, 1995) arvot lausekkeeseen (3) saadaan S 0 :n arvoksiS 0 ≈1375 W m(4).Maahan auringosta tulevan säteilyn kokonaismäärä voidaan laskea tarkastelemalla maanpaikalla sellaiselle ympyrälevylle, jolla on sama säde r m kuin maalla ja jonka pinta onaurinkoa kohden, saapuvaa säteilyä. Tässä voidaan olettaa ympyrälevylle saapuva säteilytehopaikan suhteen vakioksi. Maahan saapuva keskimääräinen kokonaissäteilyteho P kok voidaanolettaa samaksi kuin tällaiselle ympyrälevylle saapuva kokonaissäteilyteho, jolloin saadaankaavan (3) nojalla lauseke2P kok =S 0 ⋅ r m (5).Osa saapuvasta säteilystä heijastuu maan pinnalta, pilvistä sekä ilmakehän hiukkasista jakaasumolekyyleistä takaisin avaruuteen. Heijastuvan säteilyn määrää kuvaa suure114