Фотоенергетиканинг физикавий механизимини ўрганиш

Фотоенергетиканинг физикавий механизимини ўрганиш .
Қуёш нурланишининг манбаси – Қуёш ҳисобланиб (1-расм) массаси кг атрофида, радиуси 695300 км Қуёшнинг фотосферасида ҳарорат атрофида, ядросида эса 40 ташкил этади. Бир йил давомида Қуёш космик фазога калория энергияни нурлантиради. Ер Қуёш атрофида эллиптик орбита бўйлаб ҳаракатланади. Бунда унинг айланиш текислигига ёки қия ҳолатда жойлашади. Ердан Қуёшгача бўлган масофа 147 дан 152 млн.км (ўртача – 149,6 млн.км) гача ўзгаради. Бу масофа бир астрономик бирлик (1 а.б.=1,496 10⁸ м, тақрибан 150 млн.км) ҳам деб номланади. Бунда қачон эллипс соҳасида қуёшга нисбатан яқин жойлашган бўлса, унда у жуда тез (30,3 км/с атрофида), қарама-қарши ҳолатда секинроқ (29,3 км/с атрофида) тезлик билан ҳаракатланади. Шу туфайли хақиқий қуёшли суткаларнинг давомийлиги Ерда доимо ўзгариб туради. Энг узоқ кун – 23 декабрь, қачонки 16 сентябрга қараганда 51 секундга ортиқ, Қуёшнинг массаси Ер массасидан 333000 марта ортиқ, ҳажми эса марта катта.


1-расм. Қуёшнинг умумий кўриниши

Қуёшда энг кўп тарқалган элементлар водород ва гелий ҳисобланади. Водород ва гелийнинг улушлари мос равишда тахминан 92,1% ва 7,8% ни ташкил этади. шунингдек Қуёш таркибида 0,1% атрофида бошқа элементларнинг микроскопик концентрацияси мавжуд бўлиб улар темир, никель, кислород, азот, кремний, олтингугурт, магний, углерод, неон, кальций ва хромдан иборат.

Ўртача қуёш нурланиши 200-250 Вт/м² ёки 1752-2190 тушганда Ер сатҳининг бутун юзасига тахминан (0,85-1,2) кВт ёки (7,5-10) кВт соат/йил тўғри келади.
Қуёшни улкан термоядро реакторига ўхшатиш мумкин. Унинг ички қисмида ҳар доим ядро синтези реакцияси содир бўлиб туради. Ядродан чиқаётган нурланишнинг спектрал зичлиги бир текис эмасдир. Қуёшда ҳар секундда ўртача материя ажралиб чиқиб тасаввур қилиб бўлмас энергияга айланади ва у электромагнит тўлқинлар кўринишида космосда нурланади. Бу термоядро реакциясида протон-протон (кичик ҳароратларда) ва углерод-азот (анча юқори ҳароратларда) цикллари содир бўлиб тўртта протондан гелий ядроси ҳосил бўлади.

бу ерда позитрон, электрон-нейтронлар оқими. Ҳар секундда (¹Н) водород (⁴Не) гелийга айланади. Масса дефекти бўлиб у материя массасини ни ташкил этади ва Эйнштейн муносабатига кўра Ж энергия ажралиб чиқишини таъминлайди.

бу ерда с-ёруғлик тезлиги.

Шундай қилиб Ерда Қуёш нурланишининг физик моҳиятини қуйидагича изоҳлаш мумкин, яъни шаффоф муҳитда электромагнит тўлқин тарзида энергиянинг кўчиш жараёни деб аталади. Квант назариясига кўра электромагнит тўлқинлар – бу фотонлар оқими ёки вакуумда ёруғлик тезлиги билан тарқалувчи тинч ноль массага эга элементар зарралардир.
Космосда 1 м² юзадан 1с давомида та фотон ўтади, унинг энергияси қуйидагича ифодалаш мумкин:

Е_ф= h∙ν

бу ерда = 6,626176 Ж с, – электромагнит тўлқинлар частотаси, – тўлқин узунлиги.

Қуёш нурланиш энергиясининг 99% қисми 0,1 ÷ 3 мкм оралиғидаги тўлқин узунлигига тўғри келади. Қуёш спектри учта соҳадан ташкил топиб улар ультрабинафша (λ<0,38 мкм), спектрнинг кўринадиган қисми (0,38 км<λ<0,78 мкм), инфрақизил нурланиш (0,78 мкм<λ<3 мкм) ҳисобланади.


1- АМ 0 шароитида; 2 - АМ 1,5 шароитида; 3- Бу энергия оралиғи атмосфера таркибидаги сув буғлари томонидан ютилади; 4- Бу энергия оралиғи атмосфера таркибидаги сув буғлари ва СО₂ гази томонидан ютилади.
2-расм. Космосда ва Ер атмосферасида қуёш нурланиши спектрининг тақсимланиши

1-жадвалда бу учта спектрнинг тўлқин узунликлари соҳаси, энергияси қийматлари ва улушлари фоизларда кўрсатилган.

1-расмда Қуёш нурланишига перпендикуляр бўлган 1 м² қабул қилгич майдончага тўғри келган Ер атмосферасидан ташқарида (космосда) ва Ер шароитида Қуёш нурланиши спектрининг тақсимоти келтирилган.
Ер юзасида Қуёш нурланиши спектри космосдагидан сезиларли равишда фарқланади ва таъсир кўрсатувчи кўп сонли омилларга боғлиқ бўлади.
1-жадвал