Количество солнечной энергии, которое падает за единицу времени на единичную площадку, расположенную перпендикулярно солнечным лучам на расстоянии 1 астрономической единицы от…
Количество солнечной энергии, которое падает за единицу времени на единичную площадку, расположенную перпендикулярно солнечным лучам на расстоянии 1 астрономической единицы от Солнца, называют солнечной постоянной. Она равна 1360 Вт/м2. При увеличении расстояния от Солнца количество энергии уменьшается пропорционально квадрату расстояния: E т 2. Сколько энергии запасает солнечная батарея площадью S = 2 м2 за t = 3 часа работы, если космический аппарат, на котором она расположена, находится на расстоянии = 5 а. е. от Солнца? Считайте, что на подзарядку батареи идёт 20% падающего излучения. Солнечные лучи падают перпендикулярно поверхности батареи. Ответ выразите в килоджоулях, округлите до десятых.
Цель: Понять.
Дано:
- Солнечная постоянная = 1360 Вт/м²
- Площадь солнечной батареи, S = 2 м²
- Время работы батареи, t = 3 часа
- Расстояние от Солнца, r = 5 астрономических единиц (а.е.)
- Эффективность поглощения излучения = 20%
Решение:
Начнем с определения количества энергии, которое падает на батарею за единицу времени:
- По закону обратно квадратичной зависимости энергии от расстояния, если расстояние увеличивается в 5 раз (как в данной задаче), количество энергии уменьшится в 25 раз (5²).
- Энергия, падающая на батарею = 1360 Вт/м² / 25 = 54.4 Вт/м²
Вычислим выраженную в килоджоулях энергию, которую солнечная батарея поглотит за 3 часа работы:
- Сначала найдем общее количество энергии, падающее на батарею за 3 часа: Энергия = (54.4 Вт/м²) * (2 м²) * (3 ч) = 326.4 Вт*ч
- Преобразуем полученное значение в килоджоули (1 Втч = 3.6 кДж): Энергия = 326.4 Втч * 3.6 кДж/Вт*ч = 1175.04 кДж
Учитывая эффективность поглощения излучения в 20%, найдем реальное количество энергии, которое запасает батарея:
- Реальная энергия = 1175.04 кДж * 0.20 = 235 кДж
Ответ: Солнечная батарея площадью 2 м², находящаяся на расстоянии 5 астрономических единиц от Солнца, запасает примерно 235 кДж энергии за 3 часа работы.
