Weerkunde - Hoofdstuk 3: Energiebalans en temperatuur
1 / 37
Lesduur is: 100 minOnderdelen in deze les
Slide 1 - Tekstslide
Deze slide heeft geen instructies
Slide 2 - Tekstslide
Deze slide heeft geen instructies
Slide 3 - Tekstslide
Voortplanting door de ruimte van elektrische en magnetische trillingen.
Trillingen die continu worden uitgezonden door een elke stof die interne energie heeft (een temperatuur boven het absolute nulpunt)
Een verzameling energetische golven
Het plant zich (in een vacuüm) voort met de lichtsnelheid
De golflengte is afhankelijk van de temperatuur van het object dat de straling uitzendt
De zon: een heet lichaam zendt veel energie uit → compact: kortgolvige straling
De aarde: een koeler lichaam zendt minder energie uit → minder compact: langgolvige straling
Slide 4 - Tekstslide
Elk voorwerp met een temperatuur hoger dan het absolute nulpunt (0 K = -273 °C) zendt elektromagnetisch straling uit.
Een voorwerp dat precies straling uitzendt volgens de Planckkromme wordt een zwarte straler of zwart lichaam genoemd.
In de natuurkunde is een zwarte straler of zwart lichaam een 'geïdealiseerd' (theoretisch volmaakt) object dat alle elektromagnetische straling die erop valt, absorbeert (en dus niet reflecteert).
golflengte * temperatuur = constante van Wien
Hoe hoger de temperatuur van het object hoe meer energie er wordt uitgezonden. Hoe hoger de temperatuur hoe korter de golflengte.
De meeste straling van de zon bevat golflengten in het zichtbare deel van het spectrum, met een maximum bij geel licht (ca 550 nm).
1. a) De meeste straling van de zon bevat golflengten in het zichtbare deel van het spectrum, met een maximum bij geel licht (ca. 550 nm). Bereken de gemiddelde temperatuur van de zon.
b) De gemiddelde temperatuur van de aarde is 287 K. Bereken de golflengte van de straling die aarde uitzendt.
b) De gemiddelde temperatuur van de aarde is 287 K. Bereken de golflengte van de straling die aarde uitzendt.
Slide 5 - Open vraag
Deze slide heeft geen instructies
Slide 6 - Tekstslide
De zonnestralingsconstante wordt gemeten net buiten de buitenste grenzen van de atmosfeer van de aarde, voordat er energie verloren gaat in de atmosfeer. Voor de stralingsenergie van de zon moeten we zowel rekening houden met de kracht van de straling als het oppervlaktegebied van de planeet dat wordt getroffen door (of waarvan energie wordt afgegeven). Daarom gebruiken we eenheden van watt per vierkante meter (W/m^2). De zonnestralingsconstante heeft een waarde van ongeveer 1367 W/m^2.
2. a) Beschrijf in eigen woorden wat met het begrip zonneconstante wordt bedoeld.
b) Waarom neemt de intensiteit van de zonnestraling (het vermogen per m^2) af naar de polen toe?
b) Waarom neemt de intensiteit van de zonnestraling (het vermogen per m^2) af naar de polen toe?
Slide 7 - Open vraag
Deze slide heeft geen instructies
Slide 8 - Tekstslide
Variaties in de zonnestralingsconstante omvatten zonnevlekken, die worden veroorzaakt door intense magnetische activiteit op het oppervlak van de zon. Deze donkere vlekken kunnen, wanneer aanwezig, de stralingsuitvoer van de zon met ongeveer 0,1% verminderen.
Slide 9 - Tekstslide
Een deel van de straling wordt geabsorbeerd door de moleculen in de atmosfeer, een deel wordt in de ruimte teruggekaatst en een deel wordt verstrooid aan de luchtmoleculen en waterdruppels.
Reflectie (wolken, water)
Absorptie door o.a. water en roetdeeltjes (zwart).
Verstrooiing door luchtmoleculen, maar ook ijsdeeltjes.
Slide 10 - Video
Deze slide heeft geen instructies
Slide 11 - Tekstslide
Kortgolvige straling: 0.2 – 3 mm
(ultraviolet, zichtbaar, en een deel van het infrarode licht)
Langgolvige straling: > 3 mm
Warmtestraling
Kortgolvige straling wordt slechts beperkt geabsorbeerd door de atmosfeer. Je zou kunnen zeggen dat de trilling te heftig is om te worden opgenomen door zoiets dun als lucht.
Zuurstof en ozon absorberen wel ultraviolet licht. Dit gebeurt op grote hoogte (~10-20 km) in de ozonlaag.
Waterdamp en koolstofdioxide absorberen een paar golflengtes in het infrarode deel van het spectrum.
Al met al komt dit neer op een absorptie van 20% van de invallende zonnestraling door de atmosfeer.
De kortgolvige straling die het aardoppervlak bereikt, warmt dat op. Doordat het in vergelijking met het oppervlak van de zon relatief koud is, gaat het langgolvige straling uitzenden.
Waterdamp, koolstofdioxide en andere gassen (zoals methaan en stikstofverbindingen) absorberen grote delen van die langgolvige straling, het broeikaseffect.
3. a) Beschrijf deze grafiek in je eigen woorden.
b) Waarom heeft de hemel nooit een groene kleur?
c) Waarom is de hemel niet violet?
b) Waarom heeft de hemel nooit een groene kleur?
c) Waarom is de hemel niet violet?
Slide 12 - Open vraag
Deze slide heeft geen instructies
Slide 13 - Tekstslide
Absorptie van UV-straling beїnvloedt weer en klimaat nauwelijks (ozonlaag zit daarvoor te hoog)
Vooral van belang voor gezondheid (huidkanker).
Het ‘gat’ ontstaat door chemische reacties waarin CFKs (Chloor-Fluor-Koolstofverbindingen) een sterk versnellende rol hebben.
Andere factoren die meespelen zijn:
Lage temperaturen op Antarctica
Vulkanisme
…?
4. Het gedeelte dat wordt teruggekaatst heet het albedo en bedraagt voor de aarde als geheel 30%. Verklaar het verschil m.b.v. de tabel.
Slide 14 - Open vraag
Deze slide heeft geen instructies
Slide 15 - Tekstslide
Straling wordt verstrooid in de atmosfeer door luchtmoleculen, ijsdeeltjes, etc.
Molecuul bestaat uit atomen. Schil van elektronen om zich heen (geladen deeltjes). Getroffen door elektromagnetisch veld (licht) --> elektronen gaan met dezelfde frequentie meetrillen als van het licht --> antenne (bewegende elektronen) --> zenden zelf straling uit.
Verstrooiing is alle verschillende richtingen.
Vliegtuigstrepen --> witte condensatiesporen --> kunstmatige wolken die ontstaan uit de uitlaatgassen --> waterdamp condenseert + bevriest (waterdamp).
Slide 16 - Tekstslide
Deze slide heeft geen instructies
5. Voor zonlicht in de atmosfeer gaat het dan om verstrooiing aan luchtmoleculen. Rayleighverstrooiing heeft als eigenschap dat kleine golflengten veel sterker worden verstrooid: een factor 16 meer voor een halvering van de golflengte. Verklaar hiermee de kleur van de lucht.
Slide 17 - Open vraag
Deze slide heeft geen instructies
Slide 18 - Tekstslide
Deze slide heeft geen instructies
Slide 19 - Video
Deze slide heeft geen instructies
6. Waarom wordt de aarde niet steeds warmer onder invloed van de zon?
Slide 20 - Open vraag
Deze slide heeft geen instructies
7. a) Welke voorwerp zorgt voor het ingestraalde vermogen?
b)Welk voorwerp zorgt voor het uitgestraalde vermogen?
b)Welk voorwerp zorgt voor het uitgestraalde vermogen?
Slide 21 - Open vraag
Deze slide heeft geen instructies
Slide 22 - Tekstslide
Na verloop van tijd is blijkbaar een evenwicht bereikt; bij een bepaalde temperatuur geldt:
Hoe bereken je die temperatuur?
Deze vraag gaan we m.b.v. de volgende deelvragen beantwoorden.
8. a) Hoe bereken je het oppervlak waarmee de aarde (straal R) de zonnestralen loodrecht opvangt?
b) Hoe bereken je het ingestraalde vermogen?
b) Hoe bereken je het ingestraalde vermogen?
Slide 23 - Open vraag
Deze slide heeft geen instructies
9. a) De uitstraling van de aarde vindt plaats in alle richtingen. Hoe bereken je dit oppervlak?
b) Hoe bereken je het uitgestraalde vermogen?
b) Hoe bereken je het uitgestraalde vermogen?
Slide 24 - Open vraag
Deze slide heeft geen instructies
10. a) Werk Pin = Puit verder uit
b) Neem 𝑒=1 (in het infrarood is dit een redelijke aanname) en schrijf de formule met T voorop (T=…).
c) Bereken de bijpassende temperatuur.
b) Neem 𝑒=1 (in het infrarood is dit een redelijke aanname) en schrijf de formule met T voorop (T=…).
c) Bereken de bijpassende temperatuur.
Slide 25 - Open vraag
Deze slide heeft geen instructies
11. Door het broeikaseffect is de temperatuur op aarde ongeveer 30 K hoger. Verklaar dit met de grafiek.
Slide 26 - Open vraag
Deze slide heeft geen instructies
12. Leg in eigen woorden uit wat er in de afbeelding wordt weergegeven.
Slide 27 - Open vraag
Deze slide heeft geen instructies
13. a) De instraling hangt sterk af van de geografische breedte. Op hogere breedten is de instraling veel geringer dan op lagere breedten. Leg uit hoe dit komt.
b) Je zou verwachten dat dit leidt tot een steeds groter temperatuurverschil tussen lage en hoge breedten. Dit is echter niet het geval. Leg uit hoe dit komt.
b) Je zou verwachten dat dit leidt tot een steeds groter temperatuurverschil tussen lage en hoge breedten. Dit is echter niet het geval. Leg uit hoe dit komt.
Slide 28 - Open vraag
Deze slide heeft geen instructies
Slide 29 - Tekstslide
Op onze breedte moet een zonnestraal een groter oppervlakte verwarmen dan bij de evenaar
Daarom wordt het richting de noord- en zuidpool kouder
Dit uit zich in het landschap: landschapszones:
Tropische zone
Aride zone
Gematigde zone
Boreale zone
Polaire zone
Slide 30 - Tekstslide
Als we naar de noordelijke Atlantische Oceaan kijken, dan zien we in het oosten, voor de kust van Europa, een gemiddelde temperatuur die veel hoger is dan in het westen, voor de kust van NoordAmerika. Dit verschil is een gevolg van het verschil in temperatuur tussen de warme Golfstroom en de veel koudere Labradorstroom. Een soortgelijk verschijnsel vinden we ook elders op aarde.
Bij menging wordt de temperatuurverdeling in een luchtlaag veel regelmatiger. In de nacht treedt een soortgelijk (maar omgekeerd) effect op als de bodem door uitstraling snel afkoelt en de luchtlagen erboven nog warmer zijn. Dit verschijnsel, dat de temperatuur in lagere luchtlagen lager is dan die in de luchtlagen erboven, noemen we een (temperatuur)inversie. Deze treedt 's nachts op bij weinig wind en een (grotendeels) wolkenloze hemel.
23. Als we kijken naar het temperatuurverloop in de loop van een etmaal (dit noemen we de dagelijkse gang) dan valt op dat het maximum van de temperatuur niet wordt bereikt op het moment dat de zon op zijn hoogste punt staat maar pas later op de middag. Leg uit hoe dat komt.
Slide 31 - Open vraag
Deze slide heeft geen instructies
Leg m.b.v. de afbeelding uit dat de aanwezigheid van wolken een matigende werking heeft.
Slide 32 - Open vraag
Deze slide heeft geen instructies
Slide 33 - Tekstslide
Deze slide heeft geen instructies
Slide 34 - Tekstslide
Deze slide heeft geen instructies
Slide 35 - Tekstslide
Deze slide heeft geen instructies
Reflectie op Hfdst 3.
Waarover ben je tevreden en/of ontevreden?
Waardoor ben je verrast?
Wat heb je geleerd en/of ontdekt
Waarover ben je tevreden en/of ontevreden?
Waardoor ben je verrast?
Wat heb je geleerd en/of ontdekt
Slide 36 - Woordweb
Deze slide heeft geen instructies
Slide 37 - Tekstslide
In de thermodynamica zegt de stralingswet van Kirchhoff dat voor warmtestraling van lichamen geldt:
Bij thermisch evenwicht is de emissiviteit van een voorwerp gelijk aan de absorptiefactor van dat voorwerp.
In de natuurkunde is een zwarte straler of zwart lichaam een 'geïdealiseerd' (theoretisch volmaakt) object dat alle elektromagnetische straling die erop valt, absorbeert (en dus niet reflecteert). Door de absorptie van deze energie wordt de temperatuur van dit object hoger dan de omgevingstemperatuur. Deze warmte wordt aan de omgeving afgegeven in de vorm van elektromagnetische straling die warmtestraling wordt genoemd. Een 'zwarte straler' zendt altijd op alle frequenties/golflengten uit. Een zwarte straler is een ‘ideale uitzender’ en zendt, bij gegeven temperatuur, de maximaal mogelijke hoeveelheid energie per oppervlakte-eenheid uit op elke frequentie/golflengte. De emissiviteit is per definitie 1, de hoogst mogelijke waarde.
