Jaroslav Heiniš - revize plynu, Ostrava a okolí, stavební práce, rekonstrukce, hodinový manžel (www.heinis.cz). Ženklava, Kopřivnice, Příbor, Nový jičín, Bělotín, Bílovec...=Jaroslav Heiniš - revize plynu, Ostrava a okolí, stavební práce, rekonstrukce, hodinový manžel (www.heinis.cz). Ženklava, Kopřivnice, Příbor, Nový jičín, Bělotín, Bílovec...
DOMŮ   ARCHIV   IBT   IAN 1-50   IAN 50-226   IAN 227-500   RÁDIO   PŘEKVAPENÍ  
STALO SE

Jak propouštějí a odrážejí různé materiály různé záření

se dá nejsnáze zjistit tak, že oním zářením něco ohříváme. Čím rychleji se to ohřívá, tím více záření na to zřejmě dopadá. Ono něco je nejlépe malinké čidlo elektronického teploměru, pokryté černou barvou. Aby se ohřívalo vydatně, a navíc hlavně zářením ze zvoleného směru, je vhodné je umístit do ohniska paraboloidu pokrytého aluminiovou odraznou vrstvou, což může být nejspíše reflektor z nějaké velké baterky.

Ilustrační foto...Měřicí sestava

Právě s takovým zařízením jsem v uplynulých měsících měřil já. Parabolické zrcadlo o průměru 70 mm bylo upevněno v poměrně průhledném plastovém tubusu (z nějaké láhve) s lepenkovým prstencem, který umožňoval podle stínu namířit soustavu přesně na Slunce. V předním konci tubusu bylo lepenkové víko, které bránilo zničení čidla teploměru, ale umožňovalo jeho přesné umístění do ohniska paraboloidu, protože obsahovalo několik dírek o průměru 2,5 mm. Měřit takovou soustavou propustnost materiálů pro sluneční záření je komplikované tím, že Slunce po obloze dost rychle putuje. Já jsem proto tubus připevnil k dalekohledu naší hvězdárny, který umí hledět stále na tutéž hvězdu a přibližně i na Slunce (to lze snadno kontrolovat a po čase vždy opravit). Měření pak vypadalo tak, že jsem před tubus upevnil filtr, jehož propustnost jsem chtěl zjistit, a odkryl lepenkové víko. Údaj teploměru začal růst a díky tomu, že teploměr udává nové hodnoty periodicky, stačilo je prostě opisovat. Zpočátku rostla teplota rychleji, pak se růst zpomaloval -- to proto, že ohřáté čidlo stále více vyzařovalo do okolí a bylo ochlazováno i vzduchem ve své těsné blízkosti. Až teplota rostla hodně pomalu, za některou vzorkovací periodu údaj vůbec nevzrostl. To se celkem snadno pozná, nejlépe tak, že se k měření pustí metronom, který výpadek vzrůstu údaje jasně prokáže.

Vyhodnocení měření
Jak ale z takového měření zjistit propustnost filtru? To moc dobře a hlavně přesně nejde. Jedinou spolehlivou možností je provést měření, kdy se filtr nahradí zaručeně nepropustnou vrstvou, ve které je několik (raději více) otvorů přesně známé plochy. Pokud to náhodou dopadne tak, že teplota čidla roste přesně stejným tempem, je propustnost filtru rovna jednoduše podílu plochy otvorů a plochy celého zrcadla. Nebo ne? Přijde na to. Přesně to platí jen tehdy, když má nepropustná vrstva a zkoumaný filtr stejnou pohltivost pro sluneční záření, stejnou emisivitu pro dlouhovlnné infračervené záření, stejnou tloušťku, tepelnou vodivost a hmotnost. Slunečním zářením se totiž jak filtr tak i nepropustná vrstva zahřívají a svou stinnou stranou pak také září směrem na čidlo. Naštěstí je to jen podružný jev, hlavně pokud je tubus dost dlouhý (a tedy filtr je z čidla vidět pod poměrně malým prostorovým úhlem), takže na přesné shodě těchto vlastností obou materiálů zas tak moc nezáleží. Pokud jsou oba materiály hodně odlišné, lze velikost tohoto jevu poměrně přesně změřit: použitím neprůhledné vrstvy ze stejného materiálu, ale bez otvorů (pak se uplatní jen dlouhovlnné záření z oné vrstvy), a podobně použitím zaručeně nepropustné obdoby filtru (tj. stejně tmavého či světlého materiálu podobné tloušťky) -- např. nepropustnou obdobou počítačové diskety bude asi černý papír. Pro měření, které jsem prováděl já, jsem takovou opravu použil -- neprůhledná vrstva s otvory byla totiž z lepenky, která byla tlustší a světlejší než diskety. Oprava byla malá, černý papír hřál čidlo teploměru tak málo, jako zcela izolující vrstva, která propouští jen jedno promile slunečního záření. U lepenkových clon bez otvorů se teplota čidla neměnila. Měření jsem zpracoval tak, že jsem závislost teploty na číslu odečtu proložil přímkou, parabolou či polynomem třetího stupně. Lépe by se hodila funkce

T = T0 + P (1 – exp ( - U t / c)) / k,

kde t je čas, T0 je teplota čidla na začátku měření (pro t=0), shodná s teplotou vzduchu v tubusu, U je únik tepla z čidla na jeden kelvin rozdílu teplot proti okolí, c je měrné teplo čidla a konečně P je zářivý příkon na čidlo. I tento vztah je přibližný, platí jen pro nevelké ohřátí čidla (méně než o pět stupňů). Exponenciální funkci lze ale nahradit polynomem a zářivý příkon na čidlo je pak přímo úměrný koeficientu u první mocniny času (či počtu kroků měření). Opakovaná měření dala tyto výsledky pro diskety, kterými bylo Slunce vidět příjemně (čili propouští jen asi milióntinu světla): velká diskety propouští sedm promile slunečního záření (pro různé vhodné diskety je rozmezí šest až osm promile), dvojice malých disket jen dvě promile (1,5 až 2,5 promile).

Jaká propustnost je přípustná?
Už propustnost takové velké diskety, která Slunce na pohled vhodně zeslabí (co je vhodně, o tom ke konci článku) je dostatečně nízká. I kdybychom zeslabili sluneční záření pětkrát méně, jen na čtyři procenta, žádné místo sítnice se nebude zahřívat více, než když jsme za slunečného dne venku. Tehdy se totiž Slunce někam na okraj sítnice promítá docela bez zábran, a to, že ji nepoškodí, víme docela spolehlivě (jinak bychom už moc neviděli). Hlavní ochrana sítnice je dána tím, že sebou oči stále drobně cukají, a tak se i při pohledu upřeném na stále stejné místo v krajině promítá Slunce postupně na různá místa sítnice. Onomu nenápadnému neklidu očí se říká sakadické pohyby; slouží nám primátům k tomu, abychom dokonale viděli i nehybné předměty. Rozsah očních pohybů snadno zjistíte, upřete-li na sekundu zrak na zapadající Slunce, nebo na předmět těsně vedle něj. Zavřete-li pak oči, nebo podíváte-li se na zem, uvidíte hejno jednotlivých sluníček. Nacházejí se v oblasti o průměru asi dva a půl stupně (změřte si to ostatně sami), tedy dvacetpětkrát větší, než obraz samotného Slunce (velkého půl stupně, jak známo). Jestliže zeslabíme záření Slunce stokrát (světlo pochopitelně mnohem více), můžeme se dívat na Slunce i přes dalekohled a sítnice se určitě nikde nebude hřát více, než ji obraz Slunce ohřívá při pobytu venku. Není samozřejmě na škodu záření Slunce odfiltrovat ještě trochu důkladněji. Dvě vrstvy malých disket jsou proto lepší než jedna disketa velká. Výhoda použití dvojitého filtru je i v tom, že disketa obvykle část slunečního světla rozptyluje do šmouhy. Jsou-li diskety tak natočené, aby šmouhy nebyly rovnoběžné, je vidět docela pěkné Slunce, protože šmouhy od jedné diskety druhá spolehlivě pohltí. Jsou ale i diskety, které rozptylují světlo nejen do jedné šmouhy, ale do všech směrů těsně kolem Slunce. Pokud je rozptyl silný, ani dvojice disket za sebou nemusí dát pěkný pohled a je dobré se poohlédnout po disketách méně (všesměrově) rozptylujících.

Pokovená fólie
Jiný běžný filtr představuje fólie s napařenou vrstvou aluminia. Podle očekávání je její celková propustnost pro sluneční záření zhruba stejná jako pro samotné světlo -- kus, který jsem měřil, propouštěl asi dvě procenta záření a dostatečnou (i když poněkud přílišnou) filtraci světla poskytovala až čtveřice vrstev. Už při dvojité vrstvě je samozřejmě propustnost pro sluneční záření mým přístrojem prakticky neměřitelná (je pod půl promile). Jak jste si asi už všimli, při pohledu přes pokovenou fólii se svět zbarvuje do modra, tj. aluminium propouští poněkud více nejkratší vlnové délky světla. Abyste viděli Slunce pokud možno bezbarvé, je velmi výhodné použít filtru, v němž jsou některé vrstvy z malých disket a jiné z pokovené fólie. Současně se tím dostane na prakticky nulovou úroveň i možné ohřátí vaší sítnice slunečním zářením (díky tomu, že už jedna aluminiová vrstva jej řekněme padesátkrát dále zeslabí).

Jak snadno zhotovit filtr
Dobrý filtr z nejběžnějších materiálů obsahuje například dvě diskety a jednu vrstvu pohliníkované fólie (tu je nejlépe dát ven, aby na ni sluneční světlo dopadalo jako na první), nebo dvě vrstvy fólie a jednu disketu. U očí (či před objektivem dalekohledu) byste měli mít v každém případě tmavou disketu, aby vás při pohledu na Slunce nerušily odrazy vlastních očí. Fólie i diskety přitom pootočte tak, aby byly šmouhy vytvářené každou vrstvou v jiném směru a výsledný obraz byl bez šumu. Filtr je dokonalý, když je přes něj Slunce podobně světlé, jako osluněná země pod vámi. Aby byl dokonalý i pro manipulaci, zalepíme celé souvrství mezi dvě lepenky -- můžeme si tak zhotovit i papírové brýle nebo velký filtr před libovolný dalekohled.Pokud filtr před dalekohled umístíme, musíme zajistit zcela spolehlivě, aby jej například neodfoukl vítr. V nouzi stačí jej zajistit kousky samolepicí pásky. Lepší řešení je vyrobit z filtru nové víko na objektiv dalekohledu, které se snadno nasazuje i sundává a které určitě nespadne.

Je filtr akorát silný?
Je-li filtr příliš silný, všimneme si toho hned. Slunce má být i přes filtr pořádně světlé. Silný filtr má totiž tu vadu, že neuvidíme na Slunci tolik podrobností -- abychom viděli jemné detaily, musí být světla hodně. Jak ale poznat, není-li jej příliš mnoho? Jednoduše. Najdeme si nějaké elektrické vedení, jehož dráty vidíme proti obloze velice tenoučké (podobně poslouží i holá koruna vzdáleného stromu). Pak se díváme na Slunce přes filtr a najdeme si takové místo, že drát přechází přes "sluneční kotouč". Pokud je Slunce vhodně světlé, černý drát vidíme dokonale ostře. Je-li světla mnoho (čili oslňuje), drát proti Slunci zaniká. Jediný filtr rozhodně nestačí na dokonalé pozorování Slunce po celý den. Je-li Slunce nízko na nebi, je zeslabeno ovzduším a je nutné užít filtr slabší. Podobné je to, když je Slunce zeslabeno mraky. V případě, že si zhotovujeme papírové brýle, je vhodné napodobit brýle "bifokální" -- v jedné jejich části, řekněme spodní, vynecháme jednu vrstvu filtru. Můžeme dokonce použít zóny tři nebo čtyři: jednu s plným počtem vrstev a další pak s vrstvami ubranými.

Řešení hádanky z konce dubna
O propustnosti disket pro záření psal už koncem dubna mladý hvězdář Lukáš Král. Obdivuji ho, že se vůbec do měření propustnosti pustil, a ještě více jsem mu vděčen za to, že svá zjištění a postupy přesně popsal a zveřejnil. Kdo četl pozorně popis mého postupu, asi už ví, co Lukáš opomněl změřit a kde pak udělal chybu při interpretaci svých výsledků. Dá se na to odpovědět otázkou: co by naměřil, kdyby disketu nahradil černým papírem? Ovšem, naměřil by zhruba totéž. Však si to vyzkoušejte. Papír by se od žárovky ohřál a polovinu pohlcovaného záření by vyzařoval zpět k žárovce, kdežto druhou polovinu k měřené nádobě. Jen pokud by byl zavěšen, aby kolem něj mohl dobře proudit vzduch, výrazně by se ochlazoval i tímto způsobem a zářivý příkon do nádoby by poklesl.

Co se dá podobným zařízením ještě měřit?
Sestavou s parabolickým zrcadlem, popsanou v úvodu, se dá měřit i propustnost či odrazivost fólií pro dlouhovlnné infračervené záření. Takové, které vydává baňka žárovky, kamna nebo my sami. Jako zdroj záření poslouží místo Slunce právě horká stěna kamen. Pokud chceme měřit odrazivost, namíříme tubus jinam a záření z kamen do něj odrážíme zkoumanou vrstvou (podobně můžeme zjišťovat i odrazivost materiálů pro sluneční záření). Praktické použití takových údajů je při návrhu lépe izolujících oken, odrazivost pokovených rolet nebo žaluzií je pak důležitý parametr, chceme-li zabránit letnímu přehřívání.

Jan Hollan

 IAN.cz
Probíhá experiment. Stránky se pomalu dostávají ze záhrobí zpět na světlo digitálního světa... Omluvte nedostatky, již brzy snad na této adrese najdete víceméně kompletní archiv IAN...
archiv zdroj
RULETA
Meteorit bez rodokmenu?
Ilustrační foto...
Obloha v červnu
Ilustrační foto...
Geovycházky 8
Ilustrační foto...
Návod na použití vesmíru - Zdokonalujeme se v
Ilustrační foto...
Týden s vesmírem 17
Ilustrační foto...
STALO SE
4.12.2012 -
Probíhá experiment. Stránky se pomalu dostávají ze záhrobí zpět na světlo digitálního světa... Omluvte nedostatky, již brzy snad na této adrese najdete víceméně kompletní archiv IAN...

WEBKAMERA
 Upice webcam / widecam
UPICE WEBCAM

Add to Google

 

Pridej na Seznam
 

  © 1997 - 2017 IAN :: RSS - novinky z astronomie a kosmonautiky SiteMap :: www :: ISSN 1212-6691