1 / 25

Energiehaushalt der Erde

Energiehaushalt der Erde. Thomas Krutzler, Philipp Petti. Energiegewinne der Erde. 99,98% Sonne Restliche 0,02% durch Radioaktive Zerfälle Nutzung von fossilen und nuklearen Energieträgern Gezeitenreibung. Strahlungsbilanz der Erde. System Erde Gewinne = Globalstr. - Reflexionsstr.

reeves
Download Presentation

Energiehaushalt der Erde

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Energiehaushalt der Erde Thomas Krutzler, Philipp Petti

  2. Energiegewinne der Erde • 99,98% Sonne • Restliche 0,02% durch • Radioaktive Zerfälle • Nutzung von fossilen und nuklearen Energieträgern • Gezeitenreibung

  3. Strahlungsbilanz der Erde • System Erde • Gewinne = Globalstr. - Reflexionsstr. • Verluste = Abstrahlung • Gesamtbilanz = Gewinne – Verluste Globalstr. – Reflexionsstr. – Abstrahlung

  4. Sonne – Proton-Proton-Reaktion Fusion von 2 H-Atomen zu Deuterium (Tunneleffekt) Entstehung von Helium unter Abgabe eines γ-Quants Fusion zu 4He unter Abgabe von 2 H-Atomen

  5. Schwarzkörper Strahler • vollständige Absorption elektromagn. Strahlung • Hohlraumstrahler • Thermisches Gleichgewicht  Abstrahlung = Absorption • Theoretische Beschreibung durch Planck (1900) • Spektrale Leistungsdichte eines schwarzen Körpers (Planck‘sches Strahlungsgesetz)

  6. Temperatur der Sonne • Wien‘sches Verschiebungsgesetz • Wellenlänge Sonne: λmax~500 nm • Strahlungstemperatur: T~5800 K

  7. Solarkonstante - Herleitung • Strahlungstemperatur der Sonne: T~5800 K • Radius der Sonne: RS~696∙106 m • Strahlungsleistung der Sonne (Stefan-Boltzmann-Gesetz) • Abstand Sonne-Erde: 147099∙106 m (MIN) 152100∙106 m (MAX)

  8. Vergleich Primärenergieverbrauch – Energie der Sonne • Primärenergieverbrauch: 532,4 ∙1018 J (2011) • Leistung: 16,9∙1012 W • Benötigte Fläche: 1,23∙1010 m² ~110 km x 110 km • Annahme: Wirkungsgradder PV-Module 10% Aufstellung in Äquator-Nähe • TatsächlichbenötigteFläche: ~ 350 km x 350 km

  9. Die Atmosphäre der Erde • Lufthülle der Erde, die von Gasen gebildet • Schutz gesundheitsschädlicher Strahlung, z. B. vor der ultravioletten (UV) Strahlung

  10. Streuung in der Atmosphäre • 1) Streuung an Zentren, die klein sind verglichen mit der Wellenlänge des Lichts : Rayleigh-Streuung Beispiel: Streuung sichtbaren Lichts an Luftmolekülen N2, O2. • 2) Streuung an Zentren, deren Radien nicht klein sind verglichen mit der Wellenlänge des Lichts Mie-Streuung   Beispiel: Streuung sichtbaren Lichts an Wolken- und Nebeltröpfchen, Aerosolen

  11. Himmelsblau • Himmelsblaudurch Streuung des Sonnenlichts an den Molekülen der Erdatmosphäre • Blaues Licht wird etwa 4.5-mal stärker gestreut als das rote Licht • Die Sonne am Horizont ist rot, da das Licht einen längeren Weg zurücklegt und mehr Blauanteile durch Reflektion verliert • Je nach Winkel zur Sonne ist das Streulicht unterschiedlich stark polarisiert

  12. Grafik zur Sonnenstrahlung

  13. Absorption des Lichtes an Gasen • Moleküle besitzen für elektromagnetische Wellen einen Absorptionskoeffizienten • Der Absorptionskoeffizienten ist wellenlängenabhängig • Die absorbierten Lichtwellen erzeugen in den Gasmolekülen: Rotation,Schwingung => Wärme angeregte Zustände => Lichtwellen

  14. Rotation eines zweiatomigen Moleküls • Für niedrige Rotationsquantenzahlen (J) (Molekül rotiert nicht so schnell, dass der Kernabstand merklich steigt) kann man das Molekül als starr betrachten • Bewegungsfreiheit des Molekülschwerpunktes in jeder Koordinatenachsenrichtung = ein Freiheitsgrad • Quantisierung des Drehimpulses:

  15. Das zweiatomige Sauerstoffmolekül • Absorption eines Lichtquants führt zu Quantenzahl n = 1 • E des Lichtquants muss Differenz zwischen n=0 & n=1 entsprechen

  16. Molekülschwingungen • In der Luft bei Normalbedingungen eingefroren • Die Atomkerne eines Moleküls geraten aus Gleichgewichtslage • Dies führt zu harmonischen Schwingungen innerhalb des Moleküls

  17. Normalschwingungen • Kleine Auslenkung der Kerne • Alle Kerne des Moleküls gehen gleichzeitig durch die Ruhelage • Lassen sich durch den durch den harmonischen Oszillator nähern

  18. Molekülschwingungen

  19. Treibhausgase • Treibhausgase lassen kurzwellige Strahlung weitgehend ungehindert durch • Absorbieren einen Großteil der von der Erde ausgestrahlten Infrarotstrahlung • Dadurch erwärmen sie sich und emittieren selbst Strahlung im längerwelligen Bereich

  20. Natürlicher Treibhauseffekt • Wasserdampf (H2O) mit 36 bis 66 % • Kohlendioxid (CO2) mit 9 bis 26 % • Methan mit 4 bis 9 % • Führt dazu, dass die Durchschnittstemperatur der Erde bei +14 °C liegt. Ohne natürlichen Treibhauseffekt läge sie bei -18 °C

  21. Anthropogener Treibhauseffekt • Kohlendioxid (CO 2 ): Jähliche Emission: 25 Mrd. Tonnen • Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKWs): 1 Mio. Tonnen. 18.000 mal schädlicher als CO 2. • Ozonloch: mehr vom UV-B-Anteil der Sonnenstrahlung gelangt zum Erdboden durch.

  22. Die Entstehung von Wind • Ursache: Unterschied im Luftdruck zwischen Luftmassen • Bewegung vom Hochdruck zum Tiefdruckgebiet, bis zum Ausgleich • Wind ist einen Massenstrom • Nach dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik wird eine Gleichverteilung der Teilchen im Raum und damit eine maximale Entropie anstrebt

  23. Literatur • Energiegewinne der Erde: http://de.wikipedia.org/wiki/Erde#Globaler_Energiehaushalt • Proton-Proton-Reaktion: http://de.wikipedia.org/wiki/Proton-Proton-Reaktion • Schwarzkörper-Strahler: http://de.wikipedia.org/wiki/Schwarzer_K%C3%B6rper • Wien‘sches Verschiebungsgesetz: http://de.wikipedia.org/wiki/Wiensches_Verschiebungsgesetz • Solarkonstante und Vergleich Primärenergieverbrauch: http://www2.physik.uni-greifswald.de/~pompe/UP-VORLESUNG/up-waerme-strahlung.pdf • Strahlungsbilanz der Erde: http://de.wikipedia.org/wiki/Strahlungshaushalt_der_Erde

  24. Literatur • http://www.physik.uni-regensburg.de/forschung/wegscheider/gebhardt_files/skripten/Strahlungsbilanz.Wolf.pdf • http://de.wikipedia.org/wiki/Wind • http://www.m-forkel.de/klima/atmosphaere.html • http://www.geographie.uni-muenchen.de/internetvorlesung/Einfuehrung/grundlagen_atmosphaere.htm#1.%20Rayleigh-Streuung • http://de.wikipedia.org/wiki/Rayleigh-Streuung • http://de.wikipedia.org/wiki/Himmel_%28planet%C3%A4r%29#Das_Himmelsblau • http://homepages.uni-paderborn.de/wgs/Dlehre/Physik_des_Treibhauseffekts.ppt.pdf

More Related