Солнечная энергия источник для процессов происходящих на поверхности: Впиши пропущенное слово в определение: Солнечная энергия — ________источник для процессов, происходящих на поверхности Земли.

1 Солнечное излучение

Энергия
Солнца является источником жизни на
нашей планете. Солнце нагревает атмосферу
и поверхность Земли. Благодаря солнечной
энергии дуют ветры, осуществляется
круговорот воды в природе, нагреваются
моря и океаны, развиваются растения,
животные имеют корм (см. рис.1.1). Именно
благодаря солнечному излучению на Земле
существуют ископаемые виды топлива.

Рисунок
1.1 – Влияние солнечного излучения на
Землю

Солнечная
энергия может быть преобразована в
теплоту или холод, движущую силу и
электричество. Основным источником
энергии практически всех природных
процессов, происходящих на поверхности
Земли и в атмосфере, является энергия,
поступающая на Землю от Солнца в виде
солнечной радиации.

На
рисунке 1.2 представлена классификационная
схема, которая отражает процессы,
возникающие на поверхности Земли и в
ее атмосфере под действием солнечного
излучения.

Результатами
прямой солнечной деятельности являются
тепловой эффект и фотоэффект, вследствие
чего Земля получает тепловую энергию
и свет. Результатами косвенной деятельности
Солнца являются соответствующие эффекты
в атмосфере, гидросфере и геосфере,
служащие причиной появления ветра,
волн, обуславливающие течение рек,
создающие условия для сохранения
внутреннего тепла Земли.

Рисунок
1.2 — Классификация возобновляемых
источников энергии

Солнце
представляет собой газовый шар радиусом
695300 км, в 109 раз больше радиуса Земли, с
температурой излучающей поверхности
около 6000°С. Внутри Солнца температура
достигает 40 млн °С.

На
рисунке 1.3 приведена схема строения
Солнца. Солнце
— гигантский «термоядерный реактор»,
работающий на водороде и ежесекундно
путем плавления перерабатывающий 564
млн. тонн водорода в 560 млн. тонн гелия.
Потеря четырех миллионов тонн массы
равна 9:1-10⁹
ГВтч
энергии (1 ГВт равен 1 млн. кВт). За одну
секунду энергии производится больше,
чем шесть миллиардов АЭС смогли бы
произвести за год. Благодаря защитной
оболочке атмосферы только часть этой
энергии достигает поверхности Земли.

Расстояние
между центрами Земли и Солнца равно в
среднем 1,496*10⁸
км.

Ежегодно
Солнце
посылает к Земле около 1,610¹⁸
кВтч
лучистой энергии или 1,3*10²⁴
кал тепла. Это в 20 тыс. раз больше
современного мирового энергопотребления.
Вклад Солнца
в энергетический баланс земного шара
в 5000 раз превышает суммарный вклад всех
других источников.

Такого
количества тепла хватило бы, чтобы
растопить слой льда толщиной 35 м,
покрывающий земную поверхность при
0°С.

В
сравнении с солнечной радиацией все
остальные источники энергии, поступающей
на Землю, ничтожно малы. Так, энергия
звезд составляет одну стомиллионную
часть солнечной энергии; космическое
излучение — две миллиардные доли.
Внутреннее тепло, поступающее из глубины
Земли на ее поверхность составляет одну
десятитысячную часть солнечной энергии.

Рисунок
1.3 – Схема строения Солнца

Таким
образом. Солнце является фактически
единственным источником тепловой
энергии на Земле.

В
центре Солнца находится солнечное ядро
(см. рис. 1.4). Фотосфера — это видимая
поверхность Солнца, которая и является
основным источником излучения. Солнце
окружает солнечная корона, которая
имеет очень высокую температуру, однако
она крайне разрежена, поэтому видима
невооружённым глазом только в периоды
полного солнечного затмения.

Видимая
поверхность Солнца, излучающая радиацию
называется фотосферой (сфера света).
Она состоит из раскаленных паров
различных химических элементов,
находящихся в ионизированном состоянии.

Над
фотосферой находится светящаяся
практически прозрачная атмосфера
Солнца, состоящая из разряженных газов,
которая называется хромосферой.

Над хромосферой
располагается внешняя оболочка Солнца,
называемая короной.

Газы,
образующие Солнце, находятся в состоянии
непрерывного бурного (интенсивного)
движения, что обусловливает появление
так называемых солнечных пятен, факелов
и протуберанцев.

Солнечные
пятна представляют собой большие
воронки, образовавшиеся в результате
вихревых движений масс газа, скорость
которых достигает 1-2 км/с. Температура
пятен на 1500°С ниже температуры Солнца
и составляет около 4500°С. Количество
солнечных пятен изменяется из года в
год с периодом около 11 лет.

Рисунок
1.4 — Строение Солнца

Солнечные
факелы это выбросы солнечной энергии,
а протуберанцы — колоссальной силы
взрывы в хромосфере Солнца, достигающие
высоты до 2 млн. км.

Наблюдения
показали, что с увеличением количества
солнечных пятен увеличивается количество
факелов и протуберанцев и соответственно
увеличивается солнечная активность.

С
увеличением солнечной активности на
Земле происходят магнитные бури, которые
оказывают отрицательное воздействие
на телефонную, телеграфную и радиосвязь,
а также на условия жизнедеятельности.
С этим же явлением связано увеличение
полярных сияний.

Следует
отметить, что в период увеличения
солнечных пятен, интенсивность солнечной
радиации сначала увеличивается, что
связано с общим увеличением солнечной
активности в начальный период, а затем
солнечное излучение уменьшается, так
как увеличивается площадь солнечных
пятен, имеющих температуру на 1500° ниже
температуры фотосферы.

Часть
метеорологии, изучающая влияние солнечной
радиации на
Земле и в
атмосфере, называется актинометрией.

При
актинометрических работах необходимо
знать положение Солнца на небесном
своде. Это положение определяется
высотой или азимутом Солнца.

Высотой
Солнца he
называется угловое расстояние от Солнца
до горизонта, то есть угол между
направлением на Солнце и плоскостью
горизонта.

Угловое
расстояние Солнца от зенита, то есть от
его вертикального направления называется
азимутом или зенитным расстоянием.

Между высотой и
зенитным расстоянием существует
соотношение

(1.1)

Азимут Солнца
определяется редко, только для специальных
paбот.

Высота
Солнца над горизонтом определяется по
формуле:

(1.2)

где
—
широта места наблюдений;

—
склонение Солнца — это дуга круга
склонений от экватора до Солнца, которая
отсчитывается в зависимости от положения
Солнца в обе стороны от экватора от 0 до
±90°;

t
— часовой
угол Солнца или истинное солнечное
время в градусах.

Величина склонения
Солнца на каждый день приводится в
астрономических справочниках за
многолетний период.

По формуле (1.2)
можно вычислить для любого времени t
высоту Солнца he
или по заданной высоте hc
определить время, когда Солнце бывает
на данной высоте.

Максимальная
высота Солнца в полдень для различных
дней года вычисляется по формуле:

(1.3)

Как солнечная энергия хранится в растениях | Практическое объяснение

Как солнечная энергия хранится в растениях? один из основных вопросов, который человек пытается понять и ответить, видя, что растения находятся на вершине пищевой цепи.

Солнце или солнечная энергия — это самый богатый источник энергии, который у нас есть, ему около 4.6 миллиардов лет, и еще 5 миллиардов лет водородного топлива нужно сжечь за время его жизни.

Солнечная энергия, энергия, которая участвует почти во всех остальных реакциях, происходящих на поверхности земли. Использование солнечной энергии невозможно переоценить.

От предоставления солнечного света для выживания человека, освещения нашими лампочками, обогревающими и даже охлаждающими землю и поверхность воды, мы также можем преобразовать его в электричество для питания чего угодно, от кемперов до загородных домов и магазинов, до промышленных процессов, а также, основного фактора фотосинтеза. происходить.

В последнее время люди получили дальнейшее применение, включая использование солнечной энергии в качестве возобновляемой энергии для электрификации и других энергетических операций. Одним из вводных применений солнечной энергии в солнечной системе является использование солнечной энергии для роста растений в процессе, который мы можем назвать фотосинтезом.

Итак, чтобы ответить на вопрос, как солнечная энергия хранится в растениях? Мы можем просто выдвинуть гипотезу, сказав, что солнечная энергия накапливается в растениях посредством процесса, известного как фотосинтез. Вам придется прочитать ее, чтобы доказать, верна наша гипотеза или нет.

Содержание

Почему растения хранят солнечную энергию?

Растения являются производителями в пищевой цепи, и во время фотосинтеза — процесса, посредством которого растения производят пищу, растения улавливают световую энергию своими листьями. Эта захваченная энергия способствует росту растения.

Они также используют энергию солнца для превращения воды и углекислого газа в сахар, называемый глюкозой.

Глюкоза используется растениями для получения энергии и производства других веществ, таких как целлюлоза и крахмал. Целлюлоза используется для построения клеточных стенок. Крахмал хранится в семенах и других частях растений в качестве источника пищи. Вот почему некоторые продукты, которые мы едим, такие как рис и крупы, богаты крахмалом.

Остальное хранится, а затем транспортируется к потребителю при потреблении другим растением, животным или человеком. Другими словами, энергия, накопленная во время фотосинтеза, начинает приток энергии и углерода по пищевой цепи.

Опять же, мы можем подумать о том, откуда берется кислород, который мы вдыхаем. 20% кислорода, которым мы дышим, поступает из растений. остальные, хотя все еще подвергаются фотосинтезу, обычно не классифицируются как растения. Это крошечные или микроскопические фитопланктоны, обитающие в океанах.

Все ли растения накапливают солнечную энергию?

Да. Все растения хранят солнечную энергию, поскольку солнечная энергия необходима для их выживания. Фотосинтез, который отвечает на вопрос «как запасается солнечная энергия в растениях?» необходим для выживания и роста растений, поэтому, чтобы растения выжили, им необходимо хранить солнечную энергию.

Как солнечная энергия хранится в растениях?

Все чаще всего говорят о солнечной энергии в других конкурсах, таких как использование солнечной энергии в качестве возобновляемого источника энергии для производства электроэнергии, но давайте посмотрим, как солнечная энергия хранится в растениях?

Та часть электромагнитного спектра солнечной энергии, которая запасается и используется растениями для фотосинтеза при других химических и физических процессах в растениях, представляет собой маленькую часть спектра видимого света.

Теперь растения улавливают этот свет с помощью молекул пигмента, таких как хлорофилл А, который поглощает сине-фиолетовый и тростниковый цвета, отражая зеленый цвет, хлорофилл В, который поглощает синий и оранжевый и отражает зеленый цвет, и другие пигменты, такие как бета-каротин, которые придают растениям, таким как морковь, их цвет. цвет.

В соответствии со спектрами поглощения различных пигментов вы увидите, что все они имеют пики в разных местах, что позволяет фотосинтезирующим организмам очень эффективно улавливать разные длины волн, но большинство фотосинтезирующих пигментов имеют низкое поглощение в зеленой области длины волны ( 500-600).

Итак, растения вообще не очень эффективно используют зеленый свет, поэтому зеленый цвет передается и отражается, и поэтому растения показывают зеленый цвет, или, скажем, поэтому хлорофилл имеет зеленый цвет.

Солнечная энергия накапливается в растениях благодаря тому, что мы просто называем фотосинтезом.

Теперь, чтобы показать, что солнечная энергия необходима для фотосинтеза, возьмем практический пример.

Необходимые материалы

• Здоровое растение в горшке
• смотреть стекло
• Пробирка
• Два стакана с водой
• Йодный раствор
• Алкоголь
• Черные бумаги
• бунзеновская горелка
• Щипцы
• Штатив с проволочной сеткой
• пипетка

Процесс

• Возьмите здоровое растение в горшке и оставьте его в темной комнате на 24 часа.
• Через 24 часа закройте один из его листьев сверху и снизу кусочками черной бумаги,
• Поставьте растение на солнце на 3-4 часа.
• Через 3-4 часа сорвите лист, который вы накрыли кусочками черной бумаги, и удалите с него кусочки черной бумаги,
• Вскипятите лист в воде, чтобы убить его,
• После закипания листа в воде снова прокипятите его в спирте,
• Когда закончите, промойте лист в холодной воде и поместите его в часовое стекло.
• Теперь налейте на него несколько капель раствора йода.

Наблюдение

Лист, подвергшийся воздействию солнечного света, становится синим, а остальная часть не меняет цвет.

Заключение

Это показывает, что солнечный свет необходим для фотосинтеза.

Итак, что такое фотосинтез?

Это процесс, который позволяет жить всей жизни, эффекты не подходят для осуществления любого процесса, связанного с энергией, без переноса химической энергии, запасенной фотосинтетическими организмами в сахарах. Тем не менее, фактический процесс фотосинтеза сложен.

Фотосинтез происходит в хлоропластах растений. Всего квадратный миллиметр листа содержит хлоропласты! Хлоропласты отвечают за цвет растений и содержат зеленые цвета хлорофилла, а также красные, оранжевые или желтые каротиноиды.

Поскольку эти цвета могут поглощать световую энергию только определенного цвета, зеленые цвета хлорофилла поглощают более важные солнечные лучи от синего до фиолетового и отражают зеленый, в то время как каротиноидные цвета поглощают менее важные зеленые солнечные лучи и отражают желтый или красный.

Знаете ли вы, что именно поэтому растения меняют цвет в разные времена года? Когда солнце не так ярко светит в осенне-весеннем регионе, зеленые хлорофиллы не могут использовать менее важный свет, поэтому растения возвращаются к использованию каротиноидных красителей, чтобы продлить процесс фотосинтеза до зимы.

Разноцветные каротиноиды берут верх и порождают ярко-красные, оранжевые и желтые растения. Связка хлорофилла и каротиноидов работает вместе и образует «антенный комплекс». первый из этих комплексов — фотосистема 2, имеющая многочисленные цвета, связанные с центром реагирования.

Эти цвета становятся нестабильными, когда на них падают солнечные фотоны. Они также передают дисбаланс в центр реагирования. В центре ответа участок, известный как феофитин, получает дисбаланс и должен отдать часть электронов, которые переходят к серии ответов, известных как электронно-транспортная цепь.

Во время переноса электроны от молекул h3O замещают потерянные электроны феофитина и забираются путем отделения атома кислорода от его атомов водорода.

Кислород выбрасывается в атмосферу, а водород помещается во временное место. Водород в этом временном пятне — действительно важная часть фотосинтеза, к которой мы скоро вернемся.

Цепь переноса электронов в конечном итоге сбрасывает избыточные электроны, взятые из феофитина, в альтернативный «антеннный комплекс», называемый Фотосистемой 1, который действует аналогично последней фотосистеме, но скорее питает эти выброшенные электроны в ответном центре.

Электроны используются для производства НАДФН, который играет важную роль в производстве сахара.

Во-первых, давайте вернемся к водороду, помещенному во временное место. Во временном пятне находится множество этих атомов водорода, которые хотят попасть в область, где их концентрация меньше. Таким образом, хлоропласты позволяют водороду двигаться наружу только через маленькое отверстие, к которому подключен насос.

Движение переходящих Водородов генерирует энергию в форме АТФ, аналогично тому, как плотины гидроэлектростанций используют протекающую через них воду для вращения генераторов энергии.

Молекулы АТФ имеют большие атомы, которые не любят находиться рядом друг с другом и постоянно отталкивают друг друга, поэтому клетки могли бы использовать энергию атомов, разлетающихся друг от друга, когда молекулы АТФ разрушаются для получения энергии.

Но АТФ не совсем стабилен, поэтому растения поглощают СО2 и используют НАДФН из Фотосистемы 1 для преобразования энергии в сахара, атомы которых также толкают друг друга вниз. Это производство сахара хранит энергию солнца и позволяет возникнуть полностью биологической жизни.

Итак, в следующий раз, когда вы будете сжигать кусок дерева или есть спагетти, помните, что вы используете энергию, запасенную солнцем.

Часто задаваемые вопросы

• Где запасается солнечная энергия при фотосинтезе?

Фотосинтез — очень сложный биохимический процесс, включающий несколько химических реакций.

Но в конечном итоге световая энергия, вода и углекислый газ преобразуются в сахар и кислород, который высвобождается в атмосферу, а сахара также перерабатываются, сохраняются в виде глюкозы, сахарозы и крахмалов, углекислый газ реагирует с рибозо-1,5-бисфосфатом ферментом рубиско.

В конечном итоге он синтезирует глицеральдегид-3-фосфат из цикла Кальвина, и таким образом сахара могут превращаться в глюкозу, сахарозу или храниться в виде полимеров сахара, называемых крахмалом. Некоторые сахара проходят этапы гликолиза, в результате чего они вступают в цикл ТСА и окислительное фосфорилирование, чтобы в конечном итоге создать большое количество АТФ, которое используется в клетке для различных других путей.

Таким образом, энергия, которая исходит от световой энергии, преобразуется в сахара и кислород, которые эти сахара хранятся в различных типах и используются для последующих путей, необходимых клетке для роста и выживания.

рекомендации

• Различные характеристики водных растений
  .
• 10 самых исчезающих видов в Канаде
  .
• Топ-40 компаний солнечной энергетики по странам
  .
• Топ 7 видов использования солнечной энергии | Преимущества и недостатки
  .
• 9 видов загрязнения воды
  .
• Истощение природных ресурсов, причины, последствия и решения
  .
• О чем следует помнить при проектировании солнечной системы уличного освещения

Провиденс Амаэти

редактор

at

Окружающая средаGo!

| Providenceamaechi0@gmail. com

| + сообщения

Страстный эколог в душе. Ведущий автор контента в EnvironmentGo.
Я стремлюсь информировать общественность об окружающей среде и ее проблемах.
Это всегда было о природе, мы должны защищать, а не разрушать.

2. Энергия в физических процессах

Версия на испанском языке
также доступна »

Преподавание энергии и физических процессов опирается на 7 ключевых концепций:

2.1 Земля постоянно меняется, поскольку энергия течет через систему. Геологические, ископаемые и ледовые записи свидетельствуют о значительных изменениях на протяжении всей истории Земли. Эти изменения всегда связаны с изменениями потока энергии через земную систему. Этому изменению способствовали как живые, так и неживые процессы.

Есть еще 6 основных понятий. Посмотреть их все…

Скрыть

2. 2 Солнечный свет, гравитационный потенциал, распад радиоактивных изотопов и вращение Земли являются основными источниками энергии, управляющими физическими процессами на Земле. Солнечный свет является внешним по отношению к Земле источником, тогда как радиоактивные изотопы и гравитационный потенциал, за исключением приливной энергии, являются внутренними. Радиоактивные изотопы и гравитация работают вместе, чтобы производить геотермальную энергию под поверхностью Земли. Вращение Земли влияет на глобальные потоки воздуха и воды.

2.3 Погода и климат Земли в основном определяются энергией Солнца. Например, неравномерное нагревание поверхности Земли и атмосферы Солнцем вызывает конвекцию в атмосфере, вызывая ветры и влияя на океанские течения.

2.4 Вода играет важную роль в хранении и передаче энергии в системе Земля. Основная роль воды обусловлена ​​ее распространенностью, высокой теплоемкостью и тем, что на Земле регулярно происходят фазовые переходы воды. Солнце обеспечивает энергию, которая управляет круговоротом воды на Земле.

2.5 Движение вещества между резервуарами обусловлено внутренними и внешними источниками энергии Земли. Эти движения часто сопровождаются изменением физических и химических свойств вещества. Углерод, например, встречается в карбонатных породах, таких как известняк, в атмосфере в виде углекислого газа, в воде в виде растворенного углекислого газа и во всех организмах в виде сложных молекул, которые контролируют химию жизни. Энергия управляет потоком углерода между этими различными резервуарами.

2.6 Парниковые газы влияют на поток энергии через систему Земли. Парниковые газы в атмосфере, такие как углекислый газ и водяной пар, прозрачны для большей части падающего солнечного света, но не для инфракрасного света от нагретой поверхности Земли. Эти газы играют важную роль в определении средних глобальных приземных температур. Когда Земля излучает столько же энергии, сколько поглощает, ее средняя температура остается стабильной.

2.7 Последствия изменений в энергетической системе Земли часто проявляются не сразу. Реакция на изменения в энергетической системе Земли, вход и выход, часто заметна только в течение месяцев, лет или даже десятилетий.

Энергия питает систему Земли

Вулканические огненные фонтаны извергаются в Мауна-Улу в 1969 году, демонстрируя внутреннее тепло Земли. Изображение предоставлено Геологической службой США.

Когда учащиеся узнают о процессах на Земле, они обычно сосредотачиваются на самих процессах, таких как тектоника плит, приливы или течения. Эти идеи иллюстрируют, как все процессы на Земле управляются энергией. Перенос энергии можно рассматривать как движущую силу земной системы.

Большая часть энергии в системе Земли поступает всего из нескольких источников: солнечной энергии, гравитации, радиоактивного распада и вращения Земли. Солнечная энергия управляет многими поверхностными процессами, такими как ветры, течения, гидрологический цикл и климатическая система в целом. Гравитация заставляет реки и другие материалы течь вниз по склону и создает приливы (из-за гравитационного притяжения Луны). Радиоактивный распад создает тепло в недрах Земли, а силы вращения Земли влияют на потоки воздуха и воды.

Эти идеи в значительной степени пересекаются с Принципами 1 и 2 климатической грамотности. Принцип 1 климатической грамотности фокусируется на Солнце как на основном источнике энергии для климатической системы Земли, а Принцип 2 климатической грамотности объясняет, что парниковые газы влияют на энергетический баланс Земли. Земля. Углекислый газ и другие парниковые газы задерживают исходящую радиацию, которая в противном случае вышла бы за пределы земной системы, тем самым нагревая атмосферу. Он также обобщает углеродный цикл через различные поглотители и источники углерода.

Энергетические потоки могут меняться со временем

На этой карте показан снимок моделей ветра, дующего над США.

Потоки энергии на Земле могут принимать разные формы. В некоторых случаях потоки энергии постоянны, например, при распаде естественных радиоактивных материалов внутри Земли. Этот процесс выделяет тепло недрам Земли, что помогает управлять движением тектоники плит с довольно постоянной скоростью.

В других случаях потоки энергии могут изменяться во времени, например, в углеродном цикле. Энергия управляет потоком углерода между различными резервуарами. Углерод может существовать в карбонатных породах (таких как известняк), в запасах ископаемого топлива (таких как уголь, нефть или природный газ), в атмосфере, в океанах или в молекулах биологических организмов. Крупномасштабное сжигание ископаемого топлива удаляет накопленный органический углерод из земной коры и выбрасывает углекислый газ в атмосферу. Это изменило состав атмосферы, так что она более эффективно улавливает уходящее тепло. Таким образом, люди изменили естественный энергетический баланс Земли.

Даже без людей на Земле произошли изменения в энергетическом балансе. В течение геологического времени произошли резкие изменения в потоке энергии через Землю. Например, Земля была полностью расплавлена ​​в начале своей геологической истории и была покрыта льдом в докембрийский период. Когда-то Солнце было на 30% тусклее, чем сегодня.

Исследуйте эти идеи в контексте Учения о ранней Земле.

Эти драматические изменения иллюстрируют, как меняющиеся потоки энергии через земную систему изменили ход истории Земли. Студенты могут оценить, как на энергетический баланс планеты повлияло как природное, так и человеческое влияние.

Помочь учащимся понять эти идеи

Сопутствующее видео Министерства энергетики
Посмотреть версию этого видео не на YouTube

Эти концепции довольно тонкие. Гораздо легче понять знакомый наблюдаемый физический процесс, чем понять энергию, которая им управляет. Начните с процессов, в которых энергию легко наблюдать, таких как извержения вулканов или ураганы. Оттуда студенты могут оценить, как энергия является частью почти каждого процесса на Земле. Предложите учащимся использовать концептуальную карту, чтобы связать процесс с задействованными типами энергии. Вернитесь к Энергетическому Принципу 1 за списком различных форм энергии.

В качестве альтернативы преподаватели могут использовать системный подход. Используя гидросферу в качестве одного из примеров, учащиеся могут изучить, как энергия поглощается на протяжении всего цикла. Солнечная энергия вызывает испарение; неравномерный нагрев Земли вызывает движение воздушных масс; Силы Кориолиса помогают штормам обрести форму; и гравитация заставляет реки течь вниз по склону. Другим важным фактором является высокая теплоемкость (или удельная теплоемкость) воды. Это означает, что для изменения температуры воды требуется много энергии. Этот смягчающий эффект позволяет водной среде оставаться при относительно стабильной температуре по сравнению с воздухом. Это также объясняет, почему в районах вблизи больших водоемов температура умеренная с меньшим количеством экстремальных температур, чем в районах, удаленных от воды.

При обучении изменению климата подумайте о том, как потепление атмосферы влияет на другие процессы, такие как бури, волны тепла и другие формы экстремальных погодных явлений. Благодаря высокой теплоемкости воды океаны могут поглощать большую часть тепла, вызванного изменением климата. Но какие еще последствия это имеет?

Еще один способ связать эти идеи с изучением изменения климата — посмотреть на альбедо. Эта концепция исследует, как энергия Солнца может поглощаться поверхностью Земли или отражаться от нее и отражаться обратно в космос. Снег и лед отражают большую часть поступающей радиации. Более темные поверхности, такие как открытый океан и голая земля, поглощают больше энергии. По мере отступления ледников и таяния морского льда потеря площади, покрытой льдом, способствует дальнейшему потеплению. Это один из примеров самоусиливающегося цикла обратной связи.

Внедрение этих идей в классную комнату

Связанные учебные материалы

Картографирование концепций

Визуализация энергетического баланса процессов, чтобы учащиеся познакомились с идеей о том, что энергия является неотъемлемой частью почти всех процессов на Земле. Обучение потоку энергии в системах является одним из способов поощрения системного мышления у учащихся.

Поскольку эти идеи могут быть абстрактными, педагогические методы, которые воплощают их в жизнь, полезны. Визуализация и моделирование могут выявить скрытые процессы в работе. Картирование понятий может помочь учащимся найти связь между причиной и следствием. Студенты могут даже принять стратегию ролевой игры, чтобы стать атомом углерода или тропическим штормом. Как только учащиеся познакомятся с идеей о том, что энергия присуща земным процессам, эти принципы могут быть включены во многие темы наук о Земле.

Учебные материалы из коллекции CLEAN

Средняя школа

• Удивительное альбедо — это лаборатория, в которой учащиеся используют термометры, белую и темную бумагу и лампы для измерения различий в альбедо. Установлены связи с альбедо в Антарктиде.
• Геотермальная энергия: использование силы Земли — в этом коротком видеоролике объясняется, как геотермальная энергия используется, преобразуется в пар, транспортируется в генераторы и преобразуется в электричество.

Средняя школа

• Визуализация «Земля — это система» помогает объяснить, почему понимание Земли как интегрированной системы компонентов и процессов необходимо для естественнонаучного образования. Видео «Удар по солнечному балансу» использует красочную анимацию, чтобы проиллюстрировать энергетический баланс Земли.
• Что делает парниковый газ парниковым газом? и почему некоторые молекулы поглощают энергию? предложить учащимся два интерактивных способа (компьютерное моделирование и построение модели на практике) для изучения того, как газы могут улавливать тепло.
• Анимация «Ветер и циркуляция океана» иллюстрирует поток энергии, который течет от атмосферных ветров к течениям океана. Высокое качество анимации привлекает внимание и было бы очень полезно для объяснения сложных процессов, которые трудно себе представить.
• В задании «Ураганы как тепловые двигатели» учащиеся изучают влияние ураганов на температуру поверхности моря, чтобы понять, как ураганы извлекают тепловую энергию с поверхности океана.

Колледж

Сопутствующие учебные материалы

Обучение системному мышлению для студентов колледжей

Обучение сложным системам с помощью STELLA

• Почему изменение климата делает штормы сильнее. В этом видео показано, как повышение температуры в Арктике влияет на путь струйное течение, сила штормов и продолжительность отдельных погодных явлений.
• Упражнение «Моделирование энергетического баланса Земли» использует программу моделирования STELLA Box для определения температуры Земли на основе входящего и исходящего излучения, альбедо и сложной атмосферы со скрытыми и явными потоками тепла.
• Анимация «Парниковые газы — ИК-спектры» позволяет учащимся исследовать инфракрасные спектры парниковых газов и изображать спектры поглощения. Также могут быть наложены вибрационные моды и энергетический спектр Земли.

Найдите упражнения и наглядные материалы для преподавания этой темы

Поиск по уровню обучения: средняя школа введение в среднюю школу колледж старшие классы колледжа поиск по всем уровням обучения

« Предыдущая страница      Следующая страница »

2B: Следование потоку энергии

Часть B: Следование потоку энергии

Профиль атмосферы и заходящее солнце показаны на этом снимке, сделанном членом экипажа 15-й экспедиции на Международной космической станции. Июнь 2007 г. Источник: НАСА

Солнечная энергия влияет на климат Земли. Энергия солнца нагревает поверхность Земли, согревает атмосферу, обеспечивает энергию для фотосинтеза, вызывает испарение, управляет погодой и круговоротом воды, а также питает океанские течения. На фотографии астронавта справа, сделанной с Международной космической станции, видно, как солнце садится сквозь атмосферу.

Когда мы смотрим на небо с земли, кажется, что атмосфера существует вечно, но на самом деле она очень тонкая по сравнению с диаметром Земли. Чтобы получить представление о толщине тропосферы и стратосферы, двух важных слоев атмосферы, попробуйте это простое упражнение. С помощью циркуля начертите окружность радиусом 127 мм. Этот круг представляет Землю и самую внутреннюю атмосферу. Линия в 1 мм, которую нарисовал ваш карандаш, представляет собой среднюю толщину первых двух слоев атмосферы: тропосферы, области погоды и стратосферы, которая защищает нас от большей части вредного ультрафиолетового (УФ) излучения Солнца. . Работая с этими лабораториями, помните об этом относительном масштабе.

Покажите мне больше об этом примере

Скрыть

В приведенном ниже примере линия представляет собой толщину атмосферы до верхней точки стратосферы (на расстоянии 50 км над поверхностью). Девяносто девять процентов массы атмосферных газов находятся в пределах 32 км от поверхности Земли, в этих двух слоях. Только тропосфера содержит 75—80% массы атмосферы. Внешний край линии толщиной 1 мм будет находиться на расстоянии 128 мм от центра дуги (радиус Земли = 6371 км). На картинке ниже пиксели используются как мера расстояния. Чтобы почувствовать, насколько «разреженной» является атмосфера, вы можете попробовать это занятие на открытом воздухе, используя шкалу метров.

Излучение — передача энергии электромагнитными волнами. Вы, наверное, видели в столовой лампу для подогрева пищи; тепловая лампа использует один тип длинноволнового электромагнитного излучения, инфракрасного излучения инфракрасного излучения: длинноволновое электромагнитное излучение лучистого тепла, излучаемого всеми горячими объектами. В электромагнитном спектре его можно найти между микроволновым излучением и видимым светом. световые волны, чтобы подогреть пищу. Энергия передается от Солнца к Земле посредством электромагнитных волн или излучения. Большая часть энергии, которая проходит через верхние слои атмосферы и достигает поверхности Земли, имеет две формы: видимый и инфракрасный свет. Большая часть этого света находится в видимом спектре. Когда солнечный свет входит в земную систему, может произойти одно из двух: он может либо поглощаться, либо отражаться. Как только энергия поглощается земной системой, она трансформируется и передается. В конце концов, после многократных переносов, это излучение излучается обратно в космос, поддерживая нашу планету в энергетическом равновесии.

Вся материя состоит из частиц, таких как атомы и молекулы. Эти частицы всегда находятся в движении; это движение известно как кинетическая энергия. Тепловая энергия единицы материи — это полная кинетическая энергия всех частиц в данном объеме, которую мы измеряем как температуру. Перенос энергии из одной области в другую называется теплотой. Эта передача энергии может происходить тремя процессами: излучением, проводимостью и конвекцией. Тепловая энергия, или тепло, всегда перемещается от вещей, которые теплее (имеют больше энергии), к вещам, которые холоднее (имеют меньше энергии). Например, когда вы касаетесь кубика льда теплой рукой, энергия передается от вашей руки от до кубика льда, заставляя его таять. Тепло от вашей руки вызывает повышение температуры льда это называется явным теплом , потому что его можно ощутить или измерить с помощью термометра. Как только лед начинает таять, тепло больше не меняет температуру льда, а меняет его фазу, в данном случае со льда на воду такое использование тепла при фазовом переходе известно как скрытая теплота .

В этой лаборатории вы исследуете сложные энергетические пути и баланс, которые помогают поддерживать нашу планету в идеальном температурном диапазоне.

Энергетический бюджет

Для начала посмотрите видео ниже и сделайте заметки о том, что вы узнали. Вы получите представление о том, как солнечная энергия движется через систему Земли. Обратите внимание на то, как энергия движется от Солнца к Земле и обратно в космос. Обратите внимание на названия типов энергии и на то, когда они поглощаются или отражаются.

После просмотра видео ответьте на вопросы Checking In , перечисленные ниже, о Глобальном энергетическом балансе.

Энергетический бюджет Земли от Южно-Центрального научного центра адаптации к климату

EarthLabs

Чтобы просмотреть полезный интерактивный Энергетический бюджет для iPad, используйте эту ссылку, чтобы загрузить/открыть бесплатное приложение TERC EarthLabs.

Регистрация

• В какой форме солнечный свет дает энергию?

  Покажите мне ответ

  Скрыть

  Коротковолновое излучение.

• Почему это называется «энергетический баланс»?

  Покажите мне ответ

  Скрыть

  В систему входит и выходит одинаковое количество энергии.

• Опишите три места, где поглощается радиация.

  Покажите мне ответ

  Hide

  Облака, асфальт и леса поглощают поступающее солнечное излучение.

• Перечислите три поверхности, отражающие солнечное излучение.

  Покажите мне ответ

  Hide

  Облака, песок пустыни, снег и лед отражают солнечное излучение.

Станьте бухгалтером по энергетике

Теперь, когда вы лучше понимаете глобальный энергетический баланс, просмотрите годовую диаграмму энергетического баланса Земли, изображенную ниже.

Изображение и источник информации для этого раздела: Национальная метеорологическая служба JetStream

Для упрощения учета вы разделите процесс потока энергии на три части. Используйте диаграммы и текст, приведенные ниже, для руководства своими действиями. Хотя процесс непрерывный, а не пошаговый, это упражнение поможет вам отделить детали и создать энергетический «счет».

Прежде чем начать, вам нужно будет собрать 100 монет, бумажных квадратов, фишек для покера, Lego или маленьких кубиков, которые помогут вам вести учет. Вам также понадобятся 3 цветных карандаша: красный, синий и оранжевый. Когда у вас будут необходимые расходные материалы, загрузите и распечатайте этот лист регистрации энергетического баланса (Acrobat (PDF), 1,5 МБ, 1 февраля 22) и копию Инструкций по энергетическому балансу (Acrobat (PDF), 5,8 МБ, 1 февраля 22), чтобы читать их во время работы с лаборатория

После того, как вы соберете свои материалы, вы прочитаете часть печатных инструкций, а затем переместите монеты, представляющие энергию, из одного места в другое.

Обзор энергетических путей  
Начните это задание с изучения энергетических путей. Используя график, показанный выше, определите входящее солнечное излучение. На распечатанной версии рисунка закрасьте входящее излучение синим цветом. Затем раскрасьте стрелки, обозначающие исходящее излучение, в красный цвет, а стрелки скрытого и явного тепла — в оранжевый. Теперь вы разделили входящее и исходящее излучение.

Часть 1. Приходящая солнечная радиация

Солнечная энергия в виде излучения постоянно перемещается в пространстве; купание нашей планеты и ее атмосферы. Излучение, достигающее верхних слоев атмосферы, либо отражается, либо поглощается.

1. Прочитайте первые пять слайдов в загруженном PDF-файле (см. выше).
2. Начните со 100 предметов (т. е. монет). Разделите их на пять столбцов на листе бумаги следующим образом. Эти пенни представляют 100 процентов солнечной энергии, поступающей от солнца, или 100 единиц. Сложите пенни в соответствии с тем, что происходит с каждой единицей энергии, когда она проходит через атмосферу по пути к поверхности Земли, как показано на диаграмме выше.

23 единицы = отражается облаками и атмосферой
7 единиц = отражается поверхностью Земли
19 единиц = поглощается атмосферой (озон, аэрозоли, пыль)
4 единицы = поглощается облаками
47 единиц = поглощается Землей поверхности (в основном океан)

1. Затем сложите и запишите общее количество единиц в своей тетради для учащихся.
2. Всего отраженных копеек; у вас должно быть 30.
3. Всего поглощенных копеек; у вас должно быть 70. Эти пенни представляют собой количество радиации, которая попала в энергетическую систему Земли. Часть этой энергии сейчас находится в атмосфере (23 единицы), а остальная часть поглощена Землей (в частности, гидросфера, биосфера и литосфера — 47 единиц).

   Покажи мне стопку монет

   Скрыть

   Результаты первой части

   Изображение завершенного шага 1

   Изображение завершенного шага 1

Часть 2. Энергетический баланс поверхности

В части 1 вы видели, что около 30 процентов входящего солнечного света отражается обратно в космос частицами в атмосфере или яркими поверхностями земли, что оставляет около 70 процентов для поглощения атмосферу (23 процента) и поверхность Земли (47 процентов), включая океан. Для баланса энергетического баланса на поверхности Земли процессы на поверхности должны передавать и преобразовывать 47 процентов поступающей солнечной энергии, которую поглощают поверхности океана и суши, обратно в атмосферу и, в конечном итоге, в космос. Энергия покидает поверхность в результате трех ключевых процессов: испарения, конвекции и излучения теплового инфракрасного (ИК) излучения.

1. Прочтите следующие три слайда (часть 2) загруженного вами PDF-файла (см. выше).
2. Перенесите 47 копеек, обозначающих поглощенную энергию в системе Земля, на новый лист бумаги. Эта энергия, которая была поглощена поверхностью Земли, теперь будет передаваться обратно в атмосферу посредством нескольких процессов. Чтобы представить это, сложите пенни в четыре новых столбца следующим образом.

24 единицы = скрытая теплота: энергия, которая используется при испарении, транспирации и конденсации 5 единиц = явная теплота: энергия, вызывающая конвекцию 12 единиц = испускаемая Землей непосредственно обратно в космос 6 единиц = чистое количество радиации, поглощаемой атмосферой

Покажите мне, как это рассчитывается

Скрыть

Это длинноволновое излучение, испускаемое с поверхности Земли в атмосферу (116), за вычетом энергии, которая напрямую передается в космос (12) в сочетании с той, которая — излучается обратно на Землю атмосферой (98). Уравнение будет таким: [116-(12+98)]= 6

1. Запишите эти числа в свою тетрадь для учащихся.

   Покажи мне стопку монет

   Скрыть

   Результаты второй части

   Изображение завершенного шага 2

   Изображение завершенного шага 2

Часть 3. Энергетический баланс атмосферы
Третий этап процесса перемещает энергию из атмосферы обратно в космос посредством следующих процессов.

1. Прочтите следующие два слайда (часть 3) загруженного вами PDF-файла (см. выше).
2. Соберите 19 и 4 монетки, которые были поглощены атмосферой и облаками.
3. Соберите монеты номиналом 24 и 5 монет, которые были переданы в атмосферу за счет скрытого и явного тепла.
4. Соберите 6 монет, оставшихся в атмосфере.
5. Переместите эти 58 монет в два оставшихся места в следующих количествах:

49 единиц = излучается атмосферой
9 единиц = излучается облаками

1. Суммируйте три поля в правом верхнем углу листа. Это единицы длинноволнового излучения, переносимого атмосферой обратно в космос.
2. Запишите эти числа на листе бумаги в виде гистограммы или гистограммы. Сложите общее количество пенни, которое у вас есть на бумаге.

   Покажи мне стопку монет

   Скрыть

   Результаты 3 части

   Изображение выполненного шага 3

   Когда вы закончите, ответьте на вопросы Checking In , приведенные ниже.

Регистрация

• Сколько у вас всего? Остались копейки? Где они и что представляют?

  Покажи мне

  Hide

  Теперь все монетки должны вернуться в космос, чтобы сбалансировать глобальный энергетический баланс.

• Как вы думаете, что произойдет, если изменить количество энергии, отражаемой атмосферой или поверхностью Земли? Можете ли вы привести пример, когда это может произойти?

  Покажите мне несколько идей

  Hide

  Некоторые типы облаков отражают солнечный свет, другие частицы, такие как пепел вулканов, также хорошо отражают солнечную энергию. Увеличение отражательной способности Земли происходит, когда континенты и океаны покрываются льдом и снегом. Либо меньше поступающего, либо меньшее поглощенное излучение приведет к охлаждению системы.

• Как радиация возвращается из системы? Как он излучается и как трансформируется? Приведите несколько примеров.

  Покажите мне ответ

  Скрыть

  Скрытая теплота является примером того, как солнечное излучение преобразуется из электромагнитного излучения в кинетическую энергию молекул воды.
  Явное тепло, может быть обнаружено термометрами как тепло. Изменение температуры является индикатором того, что солнечное излучение было поглощено поверхностью. Поскольку воздух нагревается поверхностями или солнечным излучением, он вызывает конвекционные потоки, иногда называемые термики .
  Другое поглощенное солнечное излучение испускается поверхностями в виде длинноволнового (или инфракрасного) излучения, а затем, в конечном счете, уходит обратно в космос через атмосферу.

 
Вернитесь к видео «Баланс энергии» выше. Просмотрите видео еще раз, помня о шагах по учету энергии. Затем ответьте на вопросы «Остановись и подумай » ниже.

Остановись и подумай

6. Теперь, когда вы рассмотрели энергетический баланс Земли, обсудите, как изменения характеристик поверхности Земли и/или состава атмосферы могут способствовать глобальному потеплению или похолоданию.

7. Закончите следующие фразы и добавьте одну свою:

• Больше радиации = _______ потепление
• Меньшее отражение = _______ потепление
• Больше поглощения = ________ согревание
• ______________ = ________________

Откуда мы знаем то, что знаем?

Измерение радиационного баланса Земли — огромная и важная задача! Как мы можем точно и одновременно знать, сколько энергии поступает в земную систему, отражается облаками и излучается обратно в космос? Чтобы получить глобальное представление об этом балансе, ученые используют инструменты на спутниках. В следующем видео объясняется, как датчики Clouds and the Earth’s Radiant Energy System (CERES) на спутниках НАСА Aqua и Terra измеряют энергетический баланс Земли.

Дополнительное расширение

Домашняя страница миссии CERES содержит дополнительную информацию о том, как научные миссии НАСА измеряют энергетический баланс Земли. Дополнительную справочную информацию, наборы данных и подробную информацию об энергетическом балансе Земли можно найти по следующим ссылкам:

NWS Jetstream — на веб-сайте энергетического баланса Земли и атмосферы есть дополнительные пояснения, диаграммы и краткое объяснение того, как облачный покров может способствовать повышению температуры в ночное время.

Покажите мне больше о единицах, используемых в этом упражнении

Скрыть

Единицы на диаграммах в этом упражнении выражены в процентах от поступающей 342 ватт на метр ² солнечной энергии.

Солнечная энергия источник для процессов происходящих на поверхности: Впиши пропущенное слово в определение: Солнечная энергия — ________источник для процессов, происходящих на поверхности Земли.