Bestimmung der Solarkonstanten mit einem Sonnenkollektor
Solarkonstante 2
Grundlage: Solarkonstante, siehe 5.4.1
damit sich ein Körper der Masse m aus einem Material der spezifischen Wärmekapazität c um die Temperaturdifferenz Δϑ erwärmt, muss ihm die Wärmeenergie
W = c · m · Δϑ zugeführt werden.
a: Sonne,
b: Metallklotz mit angerußter Vorderseite und Bohrung,
c: Thermometer,
d: Wärmedämmung,
e: Uhr
Ablauf:
Die angerußte Empfangsfläche des Metallklotzes der Masse m und der spezifischen Wärmekapazität c mit dem Flächeninhalt A wird wahrend der Dauer t senkrecht mit Sonnenlicht bestrahlt. Am Thermometer wird die Temperaturerhöhung abgelesen. Die Solarkonstante ergibt sich nach
S = (c · m ·Δϑ ) / (Δt · A)
Ein möglicher Fehler durch die Wärmeabgabe des Metallklotzes lässt sich dadurch vermindern, dass der Klotz vor Versuchsbeginn auf eine Temperatur etwas unterhalb der Umgebungstemperatur gekühlt wird. Er wird dann so bestrahlt, dass er jeweils die Hälfte der Bestrahlungsdauer kühler bzw. wärmer als die Umgebung ist.
Ergebnis:
Bei guter Durchsicht der Atmosphäre ergeben sich Messwerte von etwa S = 1 kW/m2.
Bemerkung:
Die Absorption der Erdatmosphäre ließe sich durch zwei Messungen der Strahlungsflussdichte S am Erdboden bei verschieden hohem Sonnenstand, also verschieden langen Lichtwegen durch die Atmosphäre feststellen, wenn sie bei allen Wellenlängen gleich wäre. Das ist leider nicht der Fall.
Entsprechend Abschnitt 2 erhält der Metallklotz außer der Sonnenstrahlung natürlich auch Infrarotstrahlung aus der Atmosphäre. Da er jedoch etwa deren Temperatur hat, gibt er auch etwa genauso viel Strahlung ab.