EGUZKIA ETA EGUZKI-ENERGIA

Laburpena:

Unitate honetan proposatzen ditugun ariketen xedea da ikasleek Eguzkia hobeki ezagutzea. Beharrezko tresnak aurkezten ditugu Lurrak zenbat eguzki-energia jasotzen duen kalkulatzeko ur-pote bat berotze hutsarekin, eta Eguzkiaren errotazioa zehazteko eguzki-orbanak neurtuz.

Edukiak: 1. Eguzkiarengandik jasotako energia neurtzea

Behaketak Eguzki-konstantea eta eguzki-argitasuna kalkulatzeaOharrak eta aplikazioak

2. Eguzkiaren errotazioa behatzea

Behaketa

Errotazio-aldia kalkulatzea

Eguzki-jarduera Aplikazioak eta material gehigarria

Maila: DBHko bigarren zikloa eta batxilergoa

Erreferentzia: L'astronomia a les aules. Manual didàctic per a educació primària i secundària www.astronomia2009.cat/bin/view/Main/Recursos#Manual_did_ctic_L_astronomia_a_l

Egileak: Carme Jordi (Bartzelonako Unibertsitateko Astronomia eta Meteorologia Saila) eta

Robert Estalella (Bartzelonako Unibertsitateko Astronomia eta Meteorologia Saila)

“Con A de Astrónomas” apunte pedagogikoen koordinatzailea: Josefina Ling (Santiagoko Unibertsitatea) Itzulpena: Eusko Jaurlaritzaren Hezkuntza, Unibertsitate eta Ikerketa Saila Maketazioa: Surinye Olarte (Bartzelonako Unibertsitateko Astronomia eta Meteorologia Saila)

1

EGUZKIA ETA EGUZKI-ENERGIA

Sarrera

Eguzkia “gure" izarra da. Harengandik jasotzen dugu bizitzeko aukera ematen digun energia. Proposatzen ditugun ariketen xedea da ikasleek hori hobeki ezagutzea. Zehazki, Lurrak zenbat eguzki-energia jasotzen duen kalkulatzea proposatzen dugu (ura berotuz), eta errotazioa zehaztea (eguzki-orbanen kokapenak neurtuz). Orbanak behatuz, eguzki-jardueraren eta eguzki-zikloaren kontzeptuak ulertaraziko dizkiegu ikasleei.

Eguzkiaren irudia, azaleko orbanak ageri direla. NASA Copyright

1. Eguzkiarengandik jasotako energia neurtzea

Denbora jakin batean zehar ura berotze hutsarekin zenbat energia jasotzen dugun ondoriozta dezakegu, bai eta, hortaz, Eguzkiak zenbat energia igortzen duen ere, hau da, zenbatekoa den haren argitasuna.

1.1 Xedeak:

• Lurrak Eguzkiarengandik jasotako bero-energiaren kopurua neurtzea. • Eguzki-konstantea neurtzea. • Eguzki-konstantea eta Eguzkiak ekoizten duen guztirako energia erlazionatzea.

1.2 Materiala:

• Aho zabala duen kristalezko pote zilindriko bat, tapa hermetikoduna (barazki edo leka egosien edozein pote erabil dezakegu adibidez).

• Plastiko beltza, potearen atzeko erdia estaltzeko barnealdetik (plastiko horren zati bat itsatsi beharra dago ura sartzean ez dezan flotatu).

• Termometro bat potearen barneko uraren tenperatura neurtzeko. • Zero gradutan dagoen ura (urarekin eta izotz-koskor batekin lor dezakegu hori).

1.3 Behaketak:

0ºC-tan dagoen urez beteko dugu potea. Eguzki izpiekiko perpendikularrean jarriko dugu potea, horiek kristala zeharka dezaten eta potearen barnean xurga daitezen plastiko beltza dagoen aldean. 15 minutu pasa ostean, termometroak zer tenperatura adierazten duen ikusiko dugu.

Eguzkiak behaketan zehar zer altuera duen neurtu behar da. Horretarako, koadrante bat erabil dezakezue, edo lurrean bertikalki sartutako makila baten itzala neurtu (makilaren altuera jakin behar da).

Gauza bera egingo dugu berriz, baina, oraingoan, potea itzaletan jarriko dugu. Horrela, potearen energia-galerak neurtuko ditugu, bai eta ingurunearengandik jasotako energia ere. Bi aldiz errepikatuko dugu eguzki-itzal ariketa-multzoa neurketa-erroreak murrizteko. Honako taula honetan jaso behar dituzue emaitzak:

Hasierakoa Amaierakoa Hazk. Tenper.

Hazk. Tenper. minutuko

Eguzkia ken itzala Ordua Tenp. Ordua Tenp.

Eguzkia Itzala Eguzkia Itzala

1. taula: Eguzkiarengandik jasotako energia behatzea.

3

1.4 Eguzki-konstantea:

Honako hau da uraren bolumena V cm3-tan:

V = л D2 H / 4

D potearen barneko diametroa da, eta H, berriz, barneko altuera. Gainazal biltzailearen azalera S bada, cm2-tan:

S = D H Behaketetatik eskuratutako minutuko tenperatura-hazkundea izango da AT (Eguzkia ken itzala), ºC/min, eta taulatik ondorioztatuta. Kalkulatu eguzki-konstantea edo jasotzen dugun energia azalera-unitateko eta denbora-unitateko (gogoratu: 1 cal = 1 ºC/cm3):    

12' −− ⋅⋅ mincmcalSΔTV=C

Zuzendu atmosferako aire-masarentzat eskuratutako balioa kontuan hartuz altuera desberdinetan Eguzki-izpiek zeharkatzen duten atmosferaren lodiera desberdina dela:

C = C ' / sin h

Eguzkiak behaketan zehar izan duen altuera da h.

Adierazi eguzki-konstantea W/m2-tan (1 W = 15 cal/min).

1.5 Eguzki-argitasuna:

Irudikatu esfera bat Eguzkiaren inguruan. Radioa r Eguzkitik Lurrera bitarteko distantziaren berdina izango da (149,6 milioi km). Eguzki-konstante horretatik abiatuta, zenbat energiak gurutzatzen du esfera hori segundo bakoitzeko?

L = 4 л r2 C

Hori da Eguzkiaren argitasuna, edo, beste hitz batzuetan esanda, Eguzkiak denbora-unitateko ekoiztutako energia.

1.6 Oharrak:

Zehazki, honako hau da eguzki-konstantea Lurrean: atmosferaren goiko aldera iristen den guztirako energia-kopurua azalera- eta denbora-unitateko. Atmosfera gurutzatzen duen erradiazio elektromagnetikoa soilik neurtzen du behaketetatik eskuratutako emaitzak. Lurreko atmosferak frekuentzia altuko erradiazio guztia xurgatzen du (gamma, X eta ultramore izpiak), bai eta frekuentzia luzeenetako batzuk ere (izpi infragorriak).

4

Ongi legoke esperimentua ikasle batek baino gehiagok egitea, horrela, neurri ugari edukiko dituzue, eta erroreak murriztuko dituzue: potearen neurriekin, ur-kopuruarekin, tenperaturekin eta abarrekin lotutako erroreak, hain zuzen ere. Irakasleak komenigarri irizten badu, ikasleek eskuratutako balioen batez bestekoaren eta sakabanatzearen kontzeptua, oso desberdinak diren neurriak baztertzea eta abar eztabaida daitezke. Hau da, datuen tratamendu estatistikoko kontzeptuak azal diezazkiekegu ikasleei.

1.7 Aplikazioak:

Behin eguzki-konstantea kalkulatutakoan, hainbat aplikazio proposa ditzakezue. Beste batzuen artean:

• Kalkulatu, gutxi gorabehera, zer bilketa-azalera behar den etxe baten edo hiri baten indar elektrikoa sortzeko.

• Alderatu C' denboran eta azalera-unitateko zenbat energia jasotzen den Eguzkiaren h altuera desberdinetan (horrela erakutsi ahal izango duzue zergatik berotzen duen gehiago eguzkiak eguerdian goizeko lehen orduan edo arratsaldeko azken orduan baino).

• Lurraren orbitaren eszentrikotasuna 0,0167 dela jakinda, kalkulatu zein den perigeoan eta apogeoan jasotzen den energiaren arteko diferentzia (eragin hori txikia dela egiaztatuko duzue).

• Aurreko bi puntuak konbinatuz, ikusi ahal izango duzue Eguzkiak gehiago berotzen duela udan garaiera altuagoan dagoelako.

• Venusen biziko bagina (horren Eguzkira bitarteko distantzia kalkulatzeko Lurraren eta Eguzkiaren artekoa 0,7rekin biderkatu behar dugula jakinda), zein izango litzateke eguzki-konstantea?

• Marten biziko bagina (horren Eguzkira bitarteko distantzia kalkulatzeko Lurraren eta Eguzkiaren artekoa 1,5ekin biderkatu behar dugula jakinda), zein izango litzateke eguzki-konstantea?

• Kalkula dezakezue, baita ere, zer eguzki-konstante izango genukeen Eguzkia beste izar bat izango balitz, adibidez, Vega, eguzki-argitasuna 37 aldiz handiagoa duena. Edozein izar aukera dezakezue. Erreferentziarik behar izanez gero, ikus: http://www.astro.wisc.edu/~dolan/constellations/constellations.html

Eguzki-panelak. Iturria:http://maryland.sierraclub.org/images/solar%20pannel.JPG

5

2. Eguzkiaren errotazioa behatzea

Lurrari begiratuko bagenio espaziotik, haren errotazioa ikusi ahal izango genuke 24 ordutan, kontinentean, haranak, ibaiak eta abar mugituz joango bailirateke; ezkutuko aldetik agertzen dira, ageriko aurpegian zehar pasa, eta ezkutatu egiten dira berriz ere. Eguzkia gas-esfera bat da, eta ez dauka ez kontinenterik, ez haranik, ez mendirik ere. Azalera guztiz laua balitz, ez litzateke erraza izango haren errotazioaz jabetzea. Alabaina, eguzkiaren gainazalean maiz agertzen diren orbanek eta haien lerradurak Lurrean mendiek jokatzen duten paper bera jokatzen dute, eta Eguzkiak bira egiten duela ondorioztatzeko aukera ematen digute.

Galileo Galileik 1612an egindako behaketen antzekoak egitea proposatzen dizuegu.

2.1 Xedeak:

• Eguzki-orbanak behatzea. • Orbanen ibilbidea zehaztea. • Eguzkiaren errotazio ardatzaren eta Lurrarenaren arteko angelua neurtzea. • Eguzkiaren errotazio-aldia zehaztea.

2.2 Materiala:

• Eguzki-pantaila duen teleskopio bat. • Zirkulu graduatua duen orria. • Gardenkiak. • Erregela.

2.3 Behaketa:

Edozein teleskopiorekin beha dezakegu Eguzkia, baina iragazki bat jarri behar dugu behatzen duen pertsonaren begia babesteko. Behaketa modu seguruagoan egiteko, okularraren atzean jartzen den pantaila batean jaso dezakegu irudia. Batez ere, inola ere ez begiratu eguzkiari okularraren bidez ez baduzue iragazkirik jarri. Ikus: http://serviastro.am.ub.es/twiki/bin/view/ServiAstro/MetodEcsol

Ez badaukazue teleskopiorik, “Solar scope” bat ere erabil dezakezue http://www.solarscope.com/. Arazo bakarra da Eguzkiaren irudia ez dela geldi mantentzen, eta zailagoa dela orbanen kokapena marraztea.

Beste aukera bat da SOHO sateliteak (espazio-agentzia amerikarraren eta europarraren misio bat) egunero igortzen dituen irudiak erabiltzea. “MDI Continuum" etiketa duen irudia da irudi bisualaren antzekoena. Hemen aurki dezakezue:

http://sohowww.nascom.nasa.gov/data/realtime-images.html.

6

a) 2.1. irudian agertzen denaren moduko zirkulu graduatu bat daukan orri zuri bat jarriko dugu pantailaren gainean.

b) Pantailaren kokapena mugituko dugu eguzkiak zirkulu graduatuaren neurri bera izan dezan. c) Pantailaren orientazioa mugituko dugu, Eguzkiaren irudiaren profilak (edo ongi ikus

daitekeen orban batek) 0ºetatik pasatzen den diametroa zeharka dezan (2.2. irudia).

7

Eguzki-orban batzuen xehetasuna. Gune ilunenak hotzenak dira.

Iturria: http://galileo.rice.edu/images/things/ss_detailed.gif

e) Eguzki-orbanak marraztuko ditugu txantiloiaren gainean, eta behaketaren eguna eta ordua jasoko.

5 edo 6 egunetan zehar errepikatu behar da behaketa hori, ahal bada eguneko ordu berean gutxi gorabehera.

2.4 Errotazio-aldia:

Behin egun batzuetan zehar behaketak egindakoan, guztiak gainjarriko ditugu.

a) Orbanek ibilbide lerrozuzen paraleloak egiten dituztela ikus dezakezue. Marraztu lerro horiek.

b) Marraztu ibilbide lerrozuzenen perpendikularra (Ipar polo-Hego polo lerroa izango da). Marraztu Eguzkiaren ekuatorea (2.3. irudia).

c) Ikusi Eguzkiaren ekuatorea ez datorrela bat 0º lerroarekin. Izan ere, Eguzkiaren eta Lurraren errotazio-ardatzek ez daukate norabide bera. Neurtu horien angelua.

d) Neurtu orban bakoitzaren eta Ipar eta Hego poloetatik pasatzen den lerroaren arteko x distantzia. Egin gauza bera behaketa bakoitzarekin. Jarri orban bakoitzarentzat eskuratutako emaitzak 2. taulako gelaxka batean.

d) Orbanen arteko desberdintasunak ikus ditzakegu: banakatuak, orban-taldeak, handiak, txikiak, nukleoarekin soilik, nukleoa eta itzala dutenak.

8

2.3. irudia: Zenbait egunetako behaketak gainjarrita.

2. taula: Behaketa bakoitzean Eguzkiaren azaleko orbanek zuten kokapena. Orban bakoitzaren behaketa desberdinak jaso behar ditu gelaxka bakoitzak.

Orbana Eguna Ordua x D /E AB α ω

Orbana Eguna Ordua x D /E AB α ω

9

Orbana Eguna Ordua x D /E AB α ω

Rosa Ursina de Scheinerren marrazkiak, orbanak denboran zehar duten lerradura erakusten dutenak. Iturria:

http://galileo.rice.edu/images/things/scheiner_rosa_ursina1-l.gif

Orban baten kokapen desberdinak jasotzen dira 2.4. irudian, Eguzkiaren Ipar poloaren gainetik ikusita eta paperaren gainean ikusita. Horrela bada, orbanaren kokapena eguzki-esferan, α angeluak emandakoa, paper gaineko kokapenarekin lotuta dago:

cos α = 2x / AB

e) Kalkulatu angelu hori eta AB distantzia, eta osatu 2. taula. f) Orban bakoitzaren errotazio-abiadura zehazteko, zer angelutan mugitu den eta zer

denboran jakin behar dugu.

Angelu-abiadura = Δα/Δt

10

2.4. irudia: orban batek denboran zehar duen errotazioa.

g) Kalkulatu errotazio-aldia.

2.5. Oharrak:

Marraztu eta aztertu behar ditugun orbanak aukeratzerakoan, orban handiak aukeratzea gomendatzen da. Izan ere, horiek irauten dute gehien denborak aurrera egin ahala, eta, horrela, hurrengo egunetan ere behatu ahal izango ditugula bermatuko dugu.

Neurriak hartzeko, ardatzetik hurbilen dauden orbanak aukeratzea gomendatzen da, horrela, Δα lerradura bera Δx lerradura handiago bihurtzen da.

Ongi legoke esperimentua zenbait ikaslek egitea eta orban desberdinak erabiltzea, horrela, neurri ugari edukiko dituzue, eta erroreak murriztuko dituzue: orbanen kokapena edo ibilbidea marrazterakoan egindako akatsak, AB eta x distantzien neurria kalkulatzerakoan, eta abar. Irakasleak komenigarri irizten badu ikasleek eskuratutako balioen batez bestekoaren eta sakabanatzearen kontzeptua, oso desberdinak diren neurriak baztertzea eta abar eztabaida daitezke. Hau da, datuen tratamendu estatistikoko kontzeptuak azal diezazkiekegu ikasleei.

11

Azpimarratu ikasleei Eguzkiaren errotazio-ardatzak zer inklinazio duen gure ekuatoreari dagokionez. Gure ekuatoreak eguzkiaren inguruko orbitarekiko 23.5ºko inklinazioa duela kontuan hartuta, zer angelu sortzen du Eguzkiaren ekuatoreak eta Lurren orbitaren planoak?

2.6 Eguzki-jarduera:

Eguzki-jardueraren erakusgarri dira Eguzkiaren orbanak. Jarduera hori ez da etengabekoa; gutxi gorabehera, 11 urteko aldizkakotasuna du. Eguzki-ziklo esaten zaio horri.

• SOHO misioari buruzko http://sohodata.nascom.nasa.gov/cgi-bin/data query helbidean, aukeratu MDI “Continuum” irudiak, urte desberdinetakoak. Adibidez, urteko egun berekoak 11 urtetan zehar, hau da, 11 irudi.

• Alderatu 11 irudietako orban kopurua, orbanen neurriak eta diskoan duten kokapena.

Ariketa erraz horren bidez 11 urteko zikloa ikusi ahal izango dute ikasleek, bai eta tximeleta-diagrama ere: batzuetan, orbanak ekuatoretik gertu daude, eta beste batzuetan, beste toki batzuetan.

EGUZKI-ORBANEN EGUNEROKO AZALERA BATEZ BESTE EMANA EGUZKI-ERROTAZIOAREN GAINEAN

EGUZKI-ORBANEN AZALERA AZALERA BEREKO LUZERA-TARTEENTZA

EGUZKI-ORBANEN AZALERAREN EGUNEROKO BATEZ BESTEKOA [IKUS DAITEKEEN HEMISFERIOAREN %)

Orbanen banaketa tximeleta-forman eta eguzki-jardueraren zikloa. NASA Copyright

l«7(l 1HHO ]H9(> 1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010

DATE

12

2.7 Aplikazioak:

Aplikazio ugari proposa ditzakezue. Beste batzuen artean: • Kalkulatu lerro-abiadura Eguzkiaren gainazalean ondorioztatu duzuen errotazioarekin eta

eguzkiaren erradioa gutxi gorabehera 700000 km-koa dela kontuan hartuta. • Alderatu abiadura hori Lurreko abiadura baliokidearekin. • Eguzkiaren masa jakinda (gutxi gorabehera 2 *1030 kg), kalkulatu ihes-abiadura eta

alderatu egungo abiadurarekin. • Kalkulatu errotazio-aldi minimoa (abiadura maximoa) Eguzkia gorputz batu gisa manten

dadin. • Aztertutako urteroko 11 irudiak kontuan hartuta, aurreikusi zer urtetan gertatuko den

eguzki-jarduera maximoa eta minimoa. Bilatu urte horietako irudiak eta egiaztatu.

Ikasleei jakinaraz diezaiekezue teleskopioak erabili baino lehenagotik ere bagenekiela Eguzkiak orbanak zituela, batzuetan begi bistakoak direlako.

2.8. Material gehigarria:

Web-helbide ugaritan aurki ditzakezue Eguzkiaren irudiak eta orbanen jarraipenarekin lotutako informazio historikoa. Zehazki, honako hauek aipatuko ditugu:

• Galileo proiektua: http://galileo.rice.edu/sci/observations/sunspots.html eta Eguzki-orbanen marrazkiak (oso gomendagarria); irudiez gainera, errotazioaren animazioak ikus ditzakezue. http://galileo.rice.edu/sci/observations/sunspot_drawings.html

• Web-orria: Nineplanets: Eguzki Sistemari buruzko informazio ugari eskura dezakezue bertan, Eguzkia barne. http://www.nineplanets.org/ SOHO Misioa: NASA agentzia amerikarraren eta ESA europarraren baterako satelitea. 1995ean jaurti zuten eta Eguzkia behatzen du etengabe. Behatoki birtual gisa erabil dezakezue, eguneroko irudiak ematen baititu. http://sohowww.nascom.nasa.gov/data/realtime-images.html

• Eguzkia behatzeko munduko teleskopio handiena. Metro bateko diametroa dauka, suediarra da, eta Roque de los Muchachos Behatokian dago, La Palma uhartean. http://www.solarphysics.kva.se/NatureNov2002/telescope_eng.html