Солнце, его свойства и влияние на нашу жизнь

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

(ФГБОУ ВПО «КубГУ»)

Геологический факультет

Кафедра региональной и морской геологии

КУРСОВАЯ РАБОТА

Солнце, его свойства и влияние на нашу жизнь

Работу выполнил: И.Ю. Чердинцев

Научный руководитель: Ю.В. Ефремов

Краснодар 2013

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

• 1. СОЛНЦЕ КАК КОСМИЧЕСКОЕ ТЕЛО
• 1.1 ПОНЯТИЕ СОЛНЦА
• 1.2 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СОЛНЦЕ
• 2. РАННИЕ НАБЛЮДЕНИЯ СОЛНЦА
• 2.1РАЗВИТИЕ СОВРЕМЕННОГО НАУЧНОГО ПОНИМАНИЯ
• 2.2ИССЛЕДОВАНИЯ СОЛНЦА КОСМИЧЕСКИМИ АППАРАТАМИ
• 3. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА СОЛНЦА. СОЛНЦЕ КАК ЗВЕЗДА
• 3.1 ХАРАКТЕРИСТИКИ СОЛНЦА
• 3.2 ВНУТРЕННЕЕ СТРОЕНИЕ
• 3.3 АТМОСФЕРА СОЛНЦА
• 4. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ
• 4.1 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ
• 4.2 ПРОЦЕССЫ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ В ТЕПЛОВУЮ И ЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ
• 5. ВЛИЯНИЕ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ НА ЭКОЛОГИЮ
• 5.1 ПОЛОЖИТЕЛЬНЫЕ ВЛИЯНИЯ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ
• 5.2 НЕДОСТАТКИ ВЛИЯНИЯ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ
• ЗАКЛЮЧЕНИЕ
• СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ
• ПРИЛОЖЕНИЕ
• ВВЕДЕНИЕ
• Актуальность выбранной темы состоит в том, что изучением Солнца занимались многие годы, столетия, но существует ряд вопросов, которые и на сегодняшний день интересуют ученых и общество. Эта тема является интересной с точки зрения различных наук: физики, химии, биологии, географии, геологии и др.

С самых ранних времён человечество отмечало важную роль Солнца -- яркого диска на небе, несущего свет и тепло. Во многих доисторических и античных культурах Солнце почиталось как божество. Культ Солнца занимал важное место в религиях цивилизаций Египта, инков, ацтеков. Многие древние памятники связаны с Солнцем: например, мегалиты точно отмечают положение летнего солнцестояния (одни из крупнейших мегалитов такого рода находятся в Набта-Плайя (Египет) и в Стоунхендже (Англия)), пирамиды в Чичен-Ице(Мексика) построены таким образом, чтобы тень от Земли скользила по пирамиде в дни весеннего и осеннего равноденствий, и т. д. Древнегреческие астрономы, наблюдая видимое годовое движение Солнца вдоль эклиптики, считали Солнце одной из семи планет (от др.-греч. ?уф?с рлбнЮфзт -- блуждающая звезда). В некоторых языках Солнцу, наравне с планетами, посвящён день недели.

Цель работы - рассмотреть такие вопросы, как физический и химический состав Солнца, история открытия и ранние наблюдения Солнца.

В работе использованы следующие методы: анализ, синтеза, статистический метод.

Задачи:

1)рассмотреть Солнце и его влияние на окружающую среду

2)рассмотреть проблемы использования солнечной энергии

3)рассмотреть влияние солнечной энергии на экологию.

1. СОЛНЦЕ КАК КОСМИЧЕСКОЕ ТЕЛО

1.1 ПОНЯТИЯ СОЛНЦА

Солнце - ближайшая к нам звезда. Расстояние до него по астрономическим меркам невелико: лишь 8 минут идет свет от Солнца до Земли. Но как повезло нам, жителям Земли!

Солнце - это не заурядный желтый карлик, как раньше было принято говорить. Это звезда, около которой есть планеты, содержащие много тяжелых элементов. Это звезда, которая образовалась после взрывов сверхновых, она богата железом и другими элементами. Около которой смогла сформироваться такая планетная система, на третьей планете которой - Земле - возникла жизнь.

Пять миллиардов лет - возраст нашего Солнца. За счет чего оно светит? Какова структура и дальнейшая эволюция Солнца? Какое влияние оказывает Солнце на Землю?

Солнце - звезда, вокруг которой обращается наша планета. Среднее расстояние от Земли до Солнца, то есть большая полуось орбиты Земли, составляет 149,6 млн. км = 1 а. е. (астрономическая единица).

Солнце является центром нашей планетной системы. Кроме него входят 9 больших планет, несколько десятков спутников планет, несколько тысяч астероидов (малых планет), кометы, метеорные тела, межпланетные пыль и газ.

Солнце - звезда, которая светит достаточно равномерно на протяжении миллионов лет, что доказано современными биологическими исследованиями остатков сине-зеленых водорослей. Если бы температура поверхности Солнца изменилась всего на 10 %, жизнь на Земле, вероятно, была бы уничтожена [6].

Эта роль Солнца была замечена еще в древности. В религиях всех народов мира, мифах и сказках Солнце занимало всегда главное место[6]. У всех народов Солнце - главное божество, например лучезарный бог Гелиос у древних греков, Дажьбог и Ярило у древних славян. От Солнца зависела жизнь человека, его благосостояние. Именно Солнце приносило тепло, давало хороший урожай[2].

Тысячелетиями Солнце представлялось чем-то незыблемым, совершенным, могущественным и было скорее предметом поклонения, чем исследования.

Русский ученый-энциклопедист Михаил Ломоносов высказал в оде «Рассуждения по случаю полярного сияния» в 1743 году мнения о Солнце, очень близкие к современным научным представлениям.

солнце космический энергия экология

1.2 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СОЛНЦЕ

Размеры Солнца очень велики. Так, радиус Солнца в 109 раз, а масса - в 330 000 раз больше радиуса и массы Земли. А вот средняя плотность нашего светила невелика - всего в 1,4 раза больше плотности воды. В Таблице 1.2 показаны Общие сведения о Солнце (по Школовскому И.С,1984 г.).Солнце представляется кругом с резко очерченным краем (лимбом).

Когда Земля в перигелии (начало января) видимый диаметр Солнца составляет 32'35”, а в афелии (начало июля) --33'31». На среднем расстоянии от Земли (1 а.е.) видимый радиус Солнца составляет 960», что соответствует линейному радиусу

Объем Солнца

а его масса

что дает среднюю плотность его вещества

Ускорение силы тяжести на поверхности Солнца

Таблица 1.2 Общие сведения о Солнце

2. РАННИЕ НАБЛЮДЕНИЯ СОЛНЦА

Солнечная повозка из Трундхольма -- скульптура, которая, как полагают, отражает поверье о движении солнца на колеснице, характерное для праиндоевропейской религии.

С самых ранних времён человечество отмечало важную роль Солнца -- яркого диска на небе, несущего свет и тепло. Во многих доисторических и античных культурах Солнце почиталось как божество. Культ Солнца занимал важное место в религиях цивилизаций Египта, инков, ацтеков. Многие древние памятники связаны с Солнцем: например, мегалиты точно отмечают положение летнего солнцестояния (одни из крупнейших мегалитов такого рода находятся в Набта-Плайя (Египет) и в Стоунхендже (Англия)), пирамиды в Чичен-Ице(Мексика) построены таким образом, чтобы тень от Земли скользила по пирамиде в дни весеннего и осеннего равноденствий, и т. д. Древнегреческие астрономы, наблюдая видимое годовое движение Солнца вдоль эклиптики, считали Солнце одной из семи планет (от др.-греч. ?уф?с рлбнЮфзт -- блуждающая звезда). В некоторых языках Солнцу, наравне с планетами, посвящён день недели [5].

2.1 РАЗВИТИЕ СОВРЕМЕННОГО НАУЧНОГО ПОНИМАНИЯ

2.2 ИССЛЕДОВАНИЯ СОЛНЦА КОСМИЧЕСКИМИ АППАРАТАМИ

Исследование Солнца проводилось многими, но были и специализированные, запущенные для исследования Солнца космические аппараты. Смотреть приложение №1.

3. ОСНОНЫЕ СВОЙСТВА СОЛНЦА. СОЛНЦЕ КАК ЗВЕЗДА.

Солнце - это желтый карлик спектрального класса G2 V, принадлежащий главной последовательности на диаграмме Герцшпрунга-Рессела. Основные характеристики Солнца приведены в табл. 1. Заметим, что хотя Солнце газовое вплоть до самого центра, его средняя плотность (1,4 г/см³) превышает плотность воды, а в центре Солнца она значительно выше, чем даже у золота или платины, имеющих плотность ок. 20 г/см³. Поверхность Солнца при температуре 5800 К излучает 6,5 кВт/см²[6].

3.1 ХАРАКТЕРИСТИКИ СОЛНЦА

Таблица 3.1 Характеристики Солнца(по Школовскому И.С,1984 г.)

3.2 ВНУТРЕННЕЕ СТРОЕНИЕ СОЛНЦА

Солнце - это звезда, основными элементами которой являются водород (75%), гелий (около 25 %), углерод, кислород, азот и некоторые другие элементы в очень незначительных количествах. Солнце состоит из нескольких сферических слоев. Такими слоями являются ядро, область лучевого переноса энергии, конвективная зона и атмосфера. В атмосфере исследователи выделяют несколько областей: фотосферу, хромосферу и корону[7].

Ядро. Ученые достоверно не знают, что находится в солнечном ядре. Достоверно известно одно - в центральной части звезды протекают термоядерные реакции, в результате которых высвобождается огромное количество энергии. Энергия представляет собой излучение в виде волн сверхкороткой частоты. В ядре Солнца очень высокие температуры и огромное давление [5].

Область лучистого переноса энергии. Эта область представляет собой оболочку из невидимого газа, температура которого огромна. Газ практически неподвижен. Он обволакивает ядро. Электромагнитная энергия из солнечного ядра поступает в область лучистого переноса энергии. При этом коротковолновое гамма-излучение превращается в рентгеновское излучение с большей длиной волны. По мере удаления от ядра температура газа понижается[3].

Конвективная область. Это сферическая оболочка, которая наслаивается на область лучистого переноса энергии. Она состоит из газа высокой температуры. Толщина этой оболочки Солнца составляет 1/10 часть радиуса звезды. Газ конвективной области подвижен, т.к. конвективная область находится между областью лучистого переноса энергии и атмосферой Солнца и оказывается как бы зажатой между областями с разными температурами и давлением.

Когда волновая энергия солнечного ядра достигает его атмосферы, она начинает светиться. На этом участке солнца возникает солнечный свет.

3.3 АТМОСФЕРА СОЛНЦА

Таблица 3.3 Строение атмосферы Солнца

Фотосфера. Выше слои Солнца, образующие солнечную атмосферу. Современная гелиофизика различает три таких отличающихся друг от друга слоя, физические условия в которых различны. Нижние, сравнительно плотные непрозрачные слои образуют фотосферу, более разреженные и протяженные - хромосферу и корону [2].

Излучение, приходящее к нам от Солнца, возникает в очень тонком поверхностном слое - фотосфере (слое света), толщина которого по солнечным масштабам ничтожна, всего около 400 км. Нижний уровень фотосферы соответствует резкому видимому краю солнечного диска[7].

Фотосфера не только испускает, но и поглощает свет, приходящий из более глубоких слоев Солнца. Их мы уже не видим потому, что свет от них полностью поглощается фотосферой. (Фотосферу составляет сильно разреженный газ с плотностью 1-3*10^-8г/см³, температура в среднем оценивается в 5780 К. Температура в фотосфере по мере подъема уменьшается, а, следовательно, уменьшается и интенсивность свечения газов. Поскольку газы фотосферы непрозрачны, при косом, расположении слоев атмосферы относительно луча зрения будут видны только внешние более холодные слои. Этим объясняется любопытный факт: по мере приближения к краю диска Солнце кажется темнее.)[6].На рисунке 3.3.1 показано строение фотосферы Солнца. ( по Марленскому А.Д, 1970 г.)

В фотосфере образуются наблюдаемые в спектре Солнца многочисленные темные линии. Появление этих линий, называемых по имени впервые описавшего их ученого фраунгоферовыми, вызывается особым процессом рассеяния.[1]

Рисунок 3.3.1 Фотосфера Солнца

Хромосфера - это слой атмосферы Солнца, который находится над фотосферой. Этот слой имеет красновато-фиолетовый цвет. Хромосферу можно наблюдать во время солнечных затмений. Огненные языки, которые видны вокруг лунного диска, закрывающего Солнце, и есть хромосфера.

Хромосфера состоит из разряженных газов. Толщина хромосферы 10 - 15 тысяч километров, а температура огненных языков в десятки раз больше температуры в фотосфере. На рисунке 3.3.2 изображена хромосфера Солнца (по Марленскому А.Д, 1970 г.)

Рисунок 3.3.2 Хромосфера Солнца

4. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ

4.1 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ

Солнечная энергия используется в народном хозяйстве непосредственно. Можно без преувеличения сказать, что с тех пор как существует человечество, существует и идея использования солнечной энергии. В последнее время эта проблема становится все более актуальной и конкретной. Естественно, что солнечные установки имеет смысл ставить там, где велик приход солнечной энергии и много безоблачных дней.[4]

4.2 ПРОЦЕССЫ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ В ТЕПЛОВУЮ И ЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ

Суть использования солнечной энергии состоит в преобразовании ее в тепловую и электрическую. Самый простой способ преобразования солнечной энергии в тепловую -- это создание так называемого горячего ящика, в основе которого лежит оранжерейный эффект стекла.

Ящик из дерева или бетона покрывают сверху стеклом -- одним пли в несколько слоев, а металлическое дно закрашивают черной краской. Солнечная радиация проходит почти без поглощения через стекло и нагревает дно примерно до 70--90°. Когда стекло многослойно, температура воздуха в ящике может достигать 200°. Но в этом случае возрастают и потери тепла. Существует и другой метод, основанный на концентрации солнечной энергий с помощью зеркальных отражателей, собирающих лучи в фокус. Разработано несколько видов конструкций в зависимости от формы отражателя -- чаши, корыта. Тело, помещаемое в фокусе зеркала, может нагреваться до 3000--4000°С. В таких установках, называемых солнечными печами, проводятся физико-химические исследования тугоплавких материалов. В электрическую энергию солнечная преобразуется получением термоэлектричества и фотоэлектричества. При этом эффективно используются батареи из полупроводников. Солнечные фотоэлектрические батареи нашли большое применение на искусственных спутниках Земли. На третьем советском искусственном спутнике Земли впервые были установлены такие батареи. Когда спутник проходил в солнечных лучах, питание радиопередатчика шло от солнечных батарей. Одновременно происходила подзарядка электрохимических батарей для снабжения спутника электроэнергией во время его движения в земной тени. Они оказались вполне надежными источниками электроэнергии. Использование солнечной энергии будет особенно успешным на орбитальных обсерваториях и в будущем при изучении других планет.[7].

5. ВЛИЯНИЕ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ НА ЭКОЛОГИЮ

5.1 ПОЛЕЗНОЕ ВЛИЯНИЕ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ

В последнее время солнечная энергетика получила огромную популярность. По оценкам экспертов, ежегодный прирост «солнечного» рынка составляет около 30%, что обусловлено рядом преимуществ энергии солнца.

Во-первых, солнечные энергоустановки не выделяют «парниковых» газов, токсичных компонентов, пылевых загрязнений. Во-вторых, работа солнечных энергоустановок не сопровождается шумом. В-третьих, солнечная энергия является практически неисчерпаемым источником энергии. В-четвертых, солнечные энергоустановки могут применяться как дополнительный источник энергии совместно с другими способами производства электричества[4].

5.2 НЕДОСТАТКИ ВЛИЯНИЯ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ

Однако, наряду с преимуществами, некоторые эксперты указывают на такой недостаток данного вида возобновляемой энергетики как отрицательное влияние на окружающую среду некоторых элементов солнечных установок, а точнее производство этих элементов.

Производство одного из элементов солнечных батарей - кремния - оказывает вредное воздействие на окружающую среду. Как отмечают специалисты, на каждый килограмм кремния, произведенного с помощью фторидно-гидридной методики, образуется 4 кг токсичного алюмофторида натрия. Он вызывает нарушение деятельности центральной нервной системы, заболевания костных тканей, глаз, кожных покровов[6].

Также при изготовлении солнечных элементов, а точнее аккумуляторов для них, используется свинец. Свинец губительно влияет на организм человека: поражает центральную нервную систему, сердечно-сосудистую систему, почки, нарушает репродуктивную функцию, у детей способствует нарушению когнитивных процессов, вызывает агрессию. По результатам исследования, опубликованного в журнале Energy Policy, при производстве аккумуляторов, которое увеличивается ударными темпами, в том числе и в связи с переходом на солнечные батареи, потребляется 80% добываемого свинца. Около 2,4 млн. т. свинца ежегодно выбрасывают в атмосферу только Индия и Китай, причем Индия теряет около 22% свинца, а Китай - около 33% при добыче, плавке, изготовлении батарей и их переработке. Согласно государственным планам по инвестициям в солнечную энергетику до 2022 года, Китай собирается увеличить мощность отрасли солнечной энергетики на 1,6 ГВт. Индия же планирует достичь уровня в 12 ГВт, что, ввиду отсталости технологий, может оказать негативное воздействие на окружающую среду и здоровье человека.

Помимо свинца фотоэлементы содержат также кадмий, галлий, мышьяк, при производстве которых потребляются другие опасные элементы. Как считает Чарльз Коркорэн, ученый, исследующий опасные вещества, некоторые солнечные батареи, произведенные с использованием тонкопленочной кадмиевой технологии, могут стать опасными отходами при измельчении или закапывании. А ученые из Калифорнийского университета считают, что кадмий представляет собой генный яд и мутаген, способствующий затронуть ДНК, что это может повлиять на репродуктивную функцию ДНК будущих поколений

Еще одной проблемой является утилизация солнечных элементов. Некоммерческая группа защитников окружающей среды «Коалиция токсичных ядов», опубликовала отчет, в котором дается оценка эффективности процесса утилизации солнечных батарей. Был проанализирован ряд производителей солнечных элементов на предмет наличия программ утилизации, расширенной ответственности производителя за состояние продукции в конце срока службы, системы поставок и наличие зеленых рабочих мест, раскрытия информации о составе продукции. Большинство компаний не хотят заниматься утилизацией, считая это дело высокозатратным.

Очень интересное мнение о вреде солнечной энергетики высказал ученый У. Каттон в своей книге «Конец техноутопии». По его словам, «только 0,1% солнечной энергии, достигающей поверхности Земли, захватывается растениями и запасается в органических молекулах. Это не значит, что оставшиеся 99,9 % представляют собой огромный неиспользуемый ресурс, ожидающий, когда его начнёт эксплуатировать человек. Весьма опасно использовать дополнительно даже 0,1 %. Разница между свободными 99,9% и 99,8 % на первый взгляд незначительна, но её влияние на энергетическую систему биосферы сравнимо с влиянием всей массы организмов. В подтверждение этого опасения можно сказать, что изменение концентрации углекислого газа в атмосфере на доли процента уже ведёт к глобальным климатическим изменениям. Так что для биосферы планеты разница между 99,9% и 99,8 % может быть действительно колоссальной».

Однако, несмотря на вышеизложенные проблемы, солнечная энергетика будет развиваться, постоянно совершенствуя свои технологии. Это связано с тем, что данный вид альтернативной энергетики является прекрасным дополнением к традиционной энергетике [5].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, можно сделать вывод, что Солнце - это звезда, являющаяся центром нашей планетной системы, возраст которой пять миллиардов лет и среднее расстояние которой до Земли составляет 149,6 миллионов километров, то есть одна астрономическая единица.

Солнце имеет газовое строение, высокую плотность; общее строение солнца состоит из атмосферы, фотосферы, хромосферы, вспышек, короны и т.д.

Так же из данной работы мы узнали, что проблема изучения Солнца, солнечной системы, солнечной энергии, и её влияние на человечество и на окружающую среду наиболее актуальна. Ведь солнечная энергия используется в народном хозяйстве непосредственно, и в последнее время проблема использования солнечной энергии становится всё более актуальной и конкретной. Так же можно отметить, что в последнее время солнечная энергетика получила огромную популярность.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Агекян Т. А.

2. Звезды галактики, мегагалактики. -- 3-е изд., перераб. М.: Наука, Главная редакция физико-математической литературы, 1981, 415 с.

3. Ляхова К.А.

4. Популярная история астрономии и космических исследований . -- Издательство «Вече» М. Ляхова К.А. 2002, 495 с

5. А.Д. Марленский "Учебный звездный атлас", издательство М., "Просвещение", Москва, 1970г.

6. М.Я. Маров. "Планеты Солнечной системы", издательство "Наука", Москва, 339стр, 1986г.

7. Н.Н. Степанян. "Наблюдаем Солнце", год издания 1992, Государственное издательство, Москва "Наука" 128 стр.

8. В.В. Шаронов. "Солнце и его наблюдение", Гостехиздат, Москва, 1948.

9. Шкловский И. С.

10. Звезды: Их рождение, жизнь и смерть. -- 3-е изд., перераб. М.: Наука, Главная редакция физико-математической литературы, 1984, 384 с.,

ПРИЛОЖЕНИЕ

Таблица 2.3 Исследования Солнца космическими аппаратами

Размещено на Allbest.ru