地学基礎で太陽定数「大気圏外の地球軌道上で単位面積が受ける太陽放射エネルギーのことで約1365 W m-2。」(「天文学辞典(日本天文学会)」より)を学習します。
そこで、太陽エネルギーを測定する実験をしました。
使用するのは『簡易日射計』です。
かなり古いものですがまだまだ使えます。
①容器を水で満たします。
②日陰で温度計を差し込んで温度を測定します。温度計の先端が球部の真ん中にくるように調整。
③影が一番小さくなる(⇔)ように設置すると、光を受ける面全体に太陽の光が当たります。
フードで影ができないように向き、角度を再度微調整。(太陽光に垂直)
④ストップウォッチで1分毎に温度を約10分ほど測ってデータを取ります。
⑤水を取り出してメスシリンダーで容器を満たしていた水の体積を測ります。
⑥データ処理。
◇ 温度上昇速度・・・グラフを作成し、直線的に温度が上がっている部分のデータを使用。何分で何度上昇したか
◇ 受け取った熱量・・・Q=mctで求める。
m質量 水の体積(g)
c比熱 水の比熱は4.2J(g・℃)
t温度 上昇した温度℃
◇ 直達日射量を・・・I=Q/ST を求める。
S 光を受けた黒い容器(受光)の面積は50㎠
T 測定時間
計算するとわかるのですが、太陽定数約1365 W m-2の半分かそれ以下の値になります。
なんでだろうなあ~と考察させるところがポイントかな?
※実験のポイント
快晴の日のなるべくお昼付近(太陽が一番高いところ)に行うこと!室内で行う時は窓ガラスも開け放して実施。
授業の予定は天気予報とにらめっこで、これが一番難しいです。