7.1: Кут сонячних променів

Last updated
Save as PDF

Page ID: 56498

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

У США та інших країнах середньої широти на північ від екватора (наприклад, Європи) щоденна поїздка сонця (як нам здається) - це дуга через південне небо. (Звичайно, це дійсно Земля, яка робить рух.) Найбільша висота сонця над горизонтом припадає на полудень, і наскільки високо сонце тоді отримує, залежить від сезону року - найвища в середині літа, найнижча в середині зими.

Раніше хлопчиків-скаутів вчили (можливо, ще є), що хтось загубився в лісі, часто може сказати північний напрямок, перевіривши, з якого боку стовбурів дерев лишайники росли найкраще. Лишайники уникають прямих сонячних променів, а сонячна стежка, що вигинається по південному небу, північна сторона стовбура дерева є найбільш затіненою.

З аналогічної причини - але збирати сонячне світло, а не уникати його - сонячні колектори для нагріву води або виробництва електроенергії завжди виходять на південь. Крім того, вони незмінно нахиляються під кутом близько 45°, щоб переконатися, що надходження сонячних променів максимально наближене до перпендикулярного. Потім колектор піддається впливу найвищої концентрації сонячного світла: як показує малюнок, якщо сонце знаходиться на 45 градусів над горизонтом, колектор шириною 0,7 метра перпендикулярно його променям перехоплює стільки сонячного світла, скільки 1-метровий колектор плоский на землі. Тому він швидше нагріває воду і досягає більш високої температури. Французькі виробники вина теж протягом століть вважали за краще розташовані на південь схили пагорбів, на яких дозріває виноград отримує найбільше сонячного світла.

Те ж саме стосується і Землі. Промені літнього сонця, високо в небі, прибувають під крутим кутом і нагрівають землю набагато більше, ніж ті зимового сонця, які б'ють під невеликим кутом. Хоча тривалість дня є важливим фактором для пояснення того, чому літо спекотне, а зима холодна, кут сонячного світла, мабуть, важливіший. У арктичне літо, хоча сонце світить 24 години на добу, воно виробляє лише помірне тепло, оскільки воно скидає навколо горизонту і його світло надходить під низьким кутом.

Видимий рух сонця може бути важливим при проектуванні будівлі, зокрема при розміщенні вікон, які затримують сонячне тепло. У жаркому сонячному кліматі, такому як Техас чи Арізона, найкраще мати найбільші вікна, що виходять на північ, уникаючи сонця. З іншого боку, стіни, що виходять на південь, повинні бути добре ізольовані, а їх вікна повинні бути невеликими, дозволяючи перехресну вентиляцію, коли це необхідно, але не пропускаючи багато сонячного світла (дерев'яні жалюзі на зовнішній стороні вікон також допомагають). У Канаді можуть бути обрані протилежні напрямки, щоб захопити якомога більше тепла від зимового сонця.

Допомагають і звиси над вікнами, що виходять на південь. Влітку, з полуденним сонцем високо в небі, такий звис відкидає тінь на вікно і зберігає в будинку прохолоду. Однак взимку, коли Сонце залишається близько до горизонту, звис дозволяє йому світити крізь вікно і зігрівати кімнати всередині.