Как солнце нагревает зимой

Как солнце нагревает зимой

Зимнее отопление летним Солнцем

Начнём с немногих интересных цифр. Учёным удалось измерить, сколько калорий посылает Солнце, заливающее своим светом какую-нибудь определённую площадку. Если взять Москву, то каждый квадратный метр её площади получает от Солнца в три зимних месяца (ноябрь, декабрь, январь) 30 тыс. калорий, зато в весенние и летние месяцы — 500 тыс. калорий. Сколько квадратных метров занимает наша столица, столько раз по полмиллиона калорий даёт ей Солнце в течение тёплого периода года. Куда же девается всё это огромное количество теплоты? Большая часть его вновь теряется и рассеивается в те же самые сутки, когда теплота накопилась. Только очень незначительная часть прогревает почву на небольшую глубину, да и то не надолго: едва наступят первые осенние холода, накопленная в почве теплота снова рассеивается.

Короче сказать, щедрые дары дневного светила не сохраняются нами, а проносятся мимо нас. Нельзя ли этот огромный тепловой капитал, сам плывущий в наши руки, каким-нибудь способом удержать и сохранить впрок?

Над этой идеей размышлял в последние годы своей жизни выдающийся московский физик проф. В. А. Михельсон, скончавшийся в феврале 1927 г. Мысли его вылились в строгий и стройный план использования летнего солнечного тепла для зимнего отопления московских зданий и постепенного улучшения климата нашей столицы. Проект этот, тщательно разработанный покойным учёным, был напечатан в своё время в специальном «Журнале прикладной физики».

Михельсон исходил в своих расчётах из следующих данных. Московский дом, занимающий площадь в тысячу квадратных метров, получает от Солнца в течение семи месяцев (весной и летом) 500 000*1000 = 500 000 000 калорий. Для отоплен я же этого дома в продолжение пяти осенне-зимних месяцев нужно израсходовать 360 000 000 калорий.

«Следовательно,- заключает учёный,- Солнце вообще на каждое здание посылает количество тепла, с избытком покрывающее всю его потребность в зимнем отоплении. Задача заключается в том, как поглотить и сохранить эту солнечную теплоту с весны и лета до зимы, как предохранить её от бесполезного рассеяния».

Место, где по проекту Михельсона предлагается накоплять и сохранять солнечную теплоту, находится — где бы вы думали?- под землёй, на глубине 20 и более метров.

На первый взгляд кажется нелепым прятать дары солнечных лучей глубоко в подземелье. Однако дело представится не столь несообразным, если вспомним, как хорошо почва хранит теплоту. Почва — превосходный теплоизолятор; она очень медленно пропускает сквозь себя теплоту.

«Если нам удастся,- пишет Михельсон,- в течение лета прогреть солнечной теплотой мощный слой земли под городом на глубине между 20 и 30 м, то теплота эта к зиме распространится во все стороны в бока, вверх и вниз не более как на 10 м и не успеет даже дойти до земной поверхности».

Как же предполагал автор проекта накоплять впрок под землёй теплоту, посылаемую Солнцем?

Чтобы понять основную идею этого остроумного проекта, напомним два элементарных физических факта. Всем известно явление холода при испарении: испаряющаяся жидкость охлаждает окружающие предметы (вспомним холод в мокром платье), т. е. отнимает от них теплоту. Менее известно обратное явление: пары, сгущающиеся снова в жидкость, возвращают теплоту, нагревают окружающие предметы. Вода в форме пара в состоянии, сгущаясь, нагреть до 100° вшестеро большее по весу количество жидкой воды. Отметив ещё и другой факт,- что газ при сжатии нагревается,- обратимся снова к проекту Михельсона.

Весною и летом крыши наших домов залиты солнечными лучами и, конечно, нагреваются ими. Теплота эта утрачивается ночью при остывании крыши,- она излучается в окружающее пространство. Идея Михельсона состоит, как уже сказано, в том, чтобы не давать этой теплоте рассеиваться бесплодно, а сохранять её впрок и пользоваться ею зимой для отопления жилищ. Система труб на крышах домов должна непрерывно отводить нагреваемую в них Солнцем воду под землю на глубину 20-30 м ниже фундамента.

На такую глубину внешние температурные колебания не проникают — это слой постоянной температуры, равной в Москве +6° Ц. Циркулируя по проложенным в почве трупам, вода, нагревшаяся на крыше, будет отдавать почве избыток тепла, а остыв, вновь будет перекачана на крышу, чтобы, нагревшись, опять поступить под почву, и т. д. Короче, теплота, полученная летом от Солнца, будет запасаться в почвенных слоях под домом (рис. 89).

Рис. 89. Проект зимнего отопления домов теплотой летнего Солнца

Расскажем теперь, как можно будет воспользоваться накопленной теплотой подземной печки для зимнего отопления жилищ. Михельсон предлагает для этого такую установку. Сеть труб на крыше в зимнее время выключается. Тёплая подземная вода поступает в особый сосуд (испаритель) со змеевиком, в котором вследствие искусственного понижения давления испаряется какая-нибудь жидкость, например спирт. Пары спирта поглощают при своём образовании часть теплоты воды, окружающей змеевик. Затем действием особого насоса они перекачиваются в змеевик другого сосуда (сгустителя), где вследствие повышенного давления вновь сгущаются в жидкость, отдавая теплоту воде, которая окружает змеевик. Эта поступающая из почвы вода может быть благодаря указанному процессу нагрета до 55° (по расчётам Михельсона). Такая вода уже достаточно тепла для водяного отопления.

Конечно, необходим некоторый расход топлива (или электрической энергии), чтобы поддерживать циркуляцию — впрочем, очень медленную — воды по трубам от крыши в почву, а также для работы насоса при испарителе и сгустителе. Но расход этот весьма невелик. Расчёт показывает, что в установке Михельсона топливо используется в три раза выгоднее, чем в самой совершенной из существующих систем отопления. Другими словами, проект обещает экономию топлива в 60%. Если вспомним, что отопление жилищ составляет главную статью расхода топлива, поглощающую больше, чем вся промышленность, то значение подобной экономии станет в наших глазах ещё важнее.

Для осуществления всего этого потребуются капитальные подземные работы.

«Под городом,- пишет Михельсон,- придётся произвести значительные горные работы: заложить несколько шахт глубиною в 30 м, а затем на глубинах 20 и 30 м проложить двойную сеть горизонтальных штолен с трубами для циркуляции воды. Густота сети труб должна быть такова, чтобы в течение шести месяцев, с апреля по сентябрь, можно было сплошь прогреть солнечной теплотой слой материка в 20 или 30 м мощности. Какую толщу и до какой степени удастся прогреть, это будет зависеть главным образом от того, какую площадь солнечных поглотителей можно будет устроить на крышах города.

«Одни и те же трубы, наполненные водою, будут служить как для летнего прогревания почвы, так и для отопления города зимой. Летом подземная сеть труб через посредство насосов соединяется с сетью поглощательной, расположенной на крышах. Зимой подземная сеть соединяется с испарителями всех отопительных машин, которые повышают температуру до 55° и питают котлы водяного отопления. В тёмные месяцы (ноябрь-февраль) поглотители солнечной энергии выключаются. В ясные дни марта, когда отопление всё же нужно, можно совершенно исключить подземную сеть и питать испарители отопительных машин непосредственно подогретой водой, спускающейся с крыш».

Этим не исчерпывается всё то, что обещает дать проект Михельсона в случае осуществления. Можно рассчитать сеть труб на крышах так, чтобы приход тепла от Солнца за год был больше расхода его на отопление. Тогда к концу года будет всякий раз оставаться неизрасходованный запас теплоты. Этот запас с каждым годом будет расти, потому что к прежним остаткам будет прибавляться новый. Что же в результате всего этого получится?

«Средняя годовая температура почвы будет постепенно повышаться. Зимнее промерзание почвы очень скоро исчезнет. Через много лет это постепенное накопление тепла в почве может весьма заметно отразиться на климате города, и притом тем больше, чем больше площадь города. Снежный покров будет исчезать раньше и устанавливаться позднее, чем в окружающей области. Общее повышение температуры почвы, а, следовательно, и воздуха, уменьшит потребность в отоплении. Поэтому накопление тепла в почве и изменение городского климата будет идти ускоренным темпом. Тогда весь город будет как бы тёплым оазисом, перенесённым из более южных широт в северные».

Вы видите, что весь климат нашей столицы может в сравнительно короткий срок измениться до неузнаваемости — из засыпаемого снегом уголка Севера превратиться в ласкаемый тёплым воздухом благодатный край субтропического пояса.

Источник

Почему зимой солнце светит но не греет

Почему зимой солнце светит но не греет.

«Если солнце светит всегда, то почему летом оно греет, а зимой нет»? Интересный вопрос, не правда ли? Удивительно, что одно и то же солнце летом способно раскалить воздух до того, что он становится очень горячим, а зимой это же солнце не прогревает его даже до чуть теплого. Почему же так?

Солнце зимой, если оно не закрыто облаками, конечно же греет, просто этого тепла почти не заметно из-за холодных ветров. Солнечный свет отражается белой поверхностью снежного покрова, и в безветренные дни можно даже загорать. Правда, ближе к концу зимы.

А не прогревает воздух оно по целому ряду причин. Первая и самая главная — расположение точки на земле, где наступила зима, по отношению к Солнцу. Оно стоит низко над горизонтом, поэтому его излучение проходит более длинный путь сквозь атмосферу. На свет это слабо влияет, а вот тепла атмосфера поглощает много.

По этой же причине утром, или вечером не так жарко, как в полдень. Солнце подходит к горизонту и теплу приходится преодолевать более толстый слой атмосферы. Даже летом, когда солнце стоит почти над головой, его излучение теряет в воздухе энергию.

Другие противники тепла зимой — это ветер и приток холодного арктического воздуха. Они забирают около 20 процентов солнечной энергии. А еще, зимой дни становятся значительно короче. И время, когда солнце освещает землю, уменьшается. Поэтому воздух не успевает прогреваться.

Кроме того, как мы уже упоминали выше, белое отражает солнце лучше, чем черное. Если летом лучи попадают на темную землю, которая впитывает тепло, то зимой — на белый снег, который хуже нагревается и не дает нагреваться почве. Белое снежное покрывало отражает до 70 процентов солнечной энергии, и земля остается холодной.

Источник

Светит, но не греет – как работает Солнце зимой

Солнце – главный источник жизни на планете Земля. Оно является ближайшей к нам звездой. Другие расположены так далеко, что свет их доходит до нас только через миллионы световых лет. И если Солнце перестанет излучать свою энергию, все живое на Планете однозначно погибнет.

Наверняка каждый из нас хотя бы один раз задавался вопросом: «А почему, собственно, летом от солнечного света мы загораем, а зимой тот же свет не способен даже немного растопить лед?» Итак, давайте разбираться.

Как работает Солнце

Изучение Солнца – очень непростое дело. Невозможно послать к нему летательные аппараты, так как они попросту сгорят. Но у современной науки есть множество иных способов изучить объект, находящийся далеко, но излучающий при этом колоссальную энергию. Расстояние до Солнца от Земли составляет 150 млн км. Именно такое расстояние позволяет жизни на нашей Планете существовать комфортно.

В диаметре ядро Солнца достигает 175 тысяч километров. Температура внутри звезды – 14 млн градусов по Кельвину, и причинами ее являются термоядерные реакции. Можно сказать, что это своеобразная ядерная топка. В ядре звезды зарождается все тепло, которое потом проходит через несколько оболочек:

• фотосферу – это первый слой над ядром, но энергия более глубоких слоев сюда не доходит;
• спикулы – это регулярные выбросы из следующего слоя Солнца;
• корону – самая внешняя оболочка звезды.

[interesting]Интересно: в короне образуются протуберанцы. Именно эта оболочка является причиной солнечного ветра, который распространяется до самых отдаленных уголков Солнечной системы.[/interesting]

Видимый свет и солнечная энергия – это инфракрасные лучи и ультрафиолет, а также электромагнитные волны, радиация и рентгеновские лучи.

[interesting]Важно! Все эти волны достигают Земли и других планет Солнечной системы и определенным образом влияют на них, а особенно на те из них, где есть атмосфера.[/interesting]

Влияние лучей

Все живое ощущает на себе влияние в первую очередь УФ-лучей. Именно от их интенсивности озоновый слой защищает нашу Планету. Влияние ультрафиолетовых лучей на живые организмы проявляется в следующем:

• они способствует тому, чтобы совершались обменные процессы в организме человека;
• благодаря этому излучению вырабатывается витамин D в организме, а без него нормальная жизнь человека невозможна;
• усиливается кровоток;
• появляется загар.

УФ-лучи также положительно влияют на атмосферу. Они очищают ее и делают более благоприятной для жизни. Тепловое воздействие оказывают еще и инфракрасные лучи. Благодаря им на поверхности Земли тепло. Но хотя эти лучи и воздействуют на атмосферу, бывают моменты, когда влияние их становится минимальным.

Зимой Солнце греет меньше

Зимой Солнце греет не так интенсионо, но это явление можно объяснить с научной точки зрения. Происходит снижение поступления солнечного тепла на Землю по следующим причинам:

• над горизонтом Солнце расположено очень низко, поэтому лучи через атмосферу проходят больший путь;
• утром и вечером по этой же причине не так жарко, а вот вечером наступает холод;
• холодный ветер сокращает период тепла, который может дать нам Солнце;
• зимой дни короче, а ночи длиннее – значит, период, когда инфракрасные лучи могут воздействовать на атмосферу, сильно уменьшается.

[interesting]Немаловажное значение также имеет и тот факт, что зимой поверхность земли покрывает белый снег, который прекрасно отражает солнечные лучи, поэтому общая температура на поверхности снижается.[/interesting]

Как мы видим, зимой Солнце хотя и светит, но ждать от него появления загара не приходится.

Источник