P 47: Übungsaufgaben

 Aufgabe 1:

Der gesamte Energiebedarf der Menschheit beträgt 4 * 10²⁰ J pro Jahr. Die Leuchtkraft der Sonne liegt bei 4 * 10²⁶ J/sec, die Solarkonstante beträgt 1365 J/m² sec, der Erdradius 6371 km.

a)       Wie lange benötigt die Sonne um die von der Menschheit benötigte Jahresenergie abzustrahlen?

b)      Zeige, dass etwa 34 000 km² auf der Erdoberfläche mit Solarzellen bedeckt sein müssen, um den Energiebedarf der Menschheit (prinzipiell) zu decken. 

 Mache dabei die folgenden Annahmen:

-          Der Transmissionskoeffizient der Erdatmosphäre beträgt q = 0,7

-          Die Verluste bei der Umwandlung von Lichtenergie zu elektrischer Energie liegen bei 60%.

-          Die Sonnenstrahlung fällt immer senkrecht auf die Solarzellen.

c)       Wie viel Prozent der Erdoberfläche müssen somit mit Solarzellen bedeckt sein? 

 

Aufgabe 2:

a) Erläutere den Treibhauseffekt auf der Erde mit Hilfe der Strahlungsgesetze und unterscheide zwischen menschlichem und natürlichem Teiebhauseffekt (keine Rechnung!).

b) Berechne die mittlere Temperatur der Venusoberfläche aus einigen der folgenden Angaben (Lösung: ca. -41°C)

 Die Venusatmosphäre reflektiert 75% der auffallenden Strahlung (deswegen erscheint uns Venus auch so hell) und lässt nur 25% durch..

Solarkonstante an der Erde: 1360 J/(sec*m²)

Abstand Erde-Sonne: 150 Mill. Km

Abstand Venus-Sonne: 108 Mill. Km

Leuchtkraft der Sonne: 3,8*10²⁶ J/sec

Konstante σ = 5,67*10^-8 J/(m²*sec*K⁴)

c) Warum ist der berechnete Wert (-42°C) bei der Venus kleiner als der berechnete Wert (-18°C) bei der weiter von der Sonne entfernten Erde?

d) Die beobachtete Temperatur der Venusoberfläche liegt bei 470°C. Erkläre dies damit, dass die Venusatmosphäre fast vollständig aus CO₂ besteht. 

 

Aufgabe 3:

Die höchste Tagestemperatur hat man etwa 2 Stunden nach dem Sonnenhöchststand mittags.

Die höchste Jahrestemperatur liegt etwa 6 Wochen nach dem höchsten Sonnenstand am 21.6.

Wieso erkennt man daran, dass die Sonne nur den Erdboden direkt, nicht aber die Atmosphäre, erwärmt? 

Wodurch wird denn dann die Atmosphäre erwärmt?

Wenn man in den Bergen wandert, wird es um so kühler, je höher man kommt. Was hat das damit zu tun?

Aufgabe 4:

a) Berehcne mit dem Wienschen Verschiebungsgesetz die Wellenlängen der maximalen Strahlung für 5700 K, -18°C, + 15°C und + 17° C.

b) Warumn habe ich diese Temperaturen gewählt? 

c) Um wieviel Prozent steigt die Energieabgabe der Erde, wenn sie von +15°C auf +17°C erwärmt wird?

  (Antwort: um 2,8%)