太陽エネルギー: 地球へのエネルギーの流れ

画像の説明:電磁スペクトルあらゆる範囲の光をカバーします。マクスウェルは、光は電磁波であり、その波長を可視スペクトルに対応する範囲に制限する理由はないことを実証しました。実際には、電磁スペクトル全体は光で構成されています。

光子エネルギー

太陽光は地球を温めます。このエネルギーは電磁波、特に地球の表面に衝突する光子から生じます。可視光は、電磁スペクトルに含まれる狭い範囲の電磁振動の一部です。

L'地球の大気この放射線のごく一部しか通過させません。短い波は大気層で吸収され、長い波は反射されます。私たちに届く波のほとんどは可視光の波です。光の性質は量子力学の範疇にあり、光は波でもあり粒子でもあります（波に含まれる粒子は数えることができます）。

光には色を決定する波長があり、赤色は620～780ナノメートル、オレンジ色は592～620nm、黄色は578～592nm、緑色は500～578nm、青色は446～600nm、紫は380～446nmの波長で発光します。 電磁スペクトルのさまざまなウィンドウは、波長だけでなく、定義された周波数範囲によっても特徴付けられます。

周波数は、1 秒間に特定の点を通過する電磁振動の数です。周波数の単位であるヘルツで表されます。波長が短いほど周波数は高くなります。太陽からの光線を皮膚に受けると、光子がエネルギーを輸送していることに気づきます。

しかし、光子はどれくらいのエネルギーを運ぶのでしょうか?

それはすべて光子に依存します。むしろ、すべては光子の波長に依存します。光子の波長が短いほど、エネルギーが高くなります。 光子のエネルギーを計算できるのは、式 E = hf です。

• E はジュールで表されるエネルギーです。
• h はプランク定数 (6.62 x 10^-34）。
• f は周波数 (ヘルツ) です。

したがって、光子のエネルギーは無限に小さいです。

一杯のコーヒーを加熱するには何個の光子が必要ですか?

それは周波数、つまり色に依存します。赤の周波数は 350 THz、青の周波数は 750 THz です。式 E = hf は光子のエネルギーを与えます。

青色光子のエネルギー: E = (6.62x10^-34)x(750x10¹²) ≈ 10^-18ジュール。 1ジュール ≈ 10¹⁸青い光子。

カロリーは、1グラムの液体の水の温度を14.5℃から15.5℃に上昇させるのに必要なエネルギー量です。これは 4.1855 ジュールに相当します。 10 cm3 のコーヒーの温度を 50°C 上げるには、約 100x50x10 が必要です。¹⁸つまり、5.1021 ジュールと約 10²¹青いフォトンと10²²赤いフォトン。波長が短いほど、放射線のエネルギーは大きくなります。

注意: 1 kJ は約 239 カロリーです。 1 Ws (ワット秒) = 1 ジュール。 1 kWh (キロワット時) = 3,600,000 ジュール。

地球が受け取る太陽光発電とは何ですか?

地球の現在の平均気温は、地球で受け取る平均太陽エネルギーと地球と太陽の距離に関連しています。

地球上で受信される電力の計算は平方メートル当たりのワット数で表され、Pr = L/4ΠR2 x Πr2 によって与えられ、地球によって吸収される電力の計算は Pa = Pr (1-A) によって与えられます。

• L/4ΠR2 は太陽定数で、1368 wm2 に相当します。平均値 (放射線を受ける半球は 1 つだけです) は 342 wm2 で、アルベドを考慮すると 239 wm2 になります。しかし、地球は再び光を宇宙に放射します。

地球は熱力学的平衡状態にあり、吸収される電力と再放出される電力が等しいことを意味します。地球の平均温度を計算すると 255 K になりますが、地球の大気中に水蒸気と二酸化炭素が存在することによって生じる温室効果により温度は 33 K 上昇するため、288 K、つまり約 15 ℃になります。