太陽定数の実験による求め方

太陽定数とは地表での日光のエネルギーを表す量です。
面積当たり、時間当たりのエネルギーを表すので、単位はkw/m^2です。

これを実験と計算で導出してみましょう。地学の自由研究にも使えるかも知れません。

まず2Lのペットボトルを黒いガムテープでぐるぐる巻きにします。
それに水を2L入れて太陽光に垂直において、時間に対する水温変化を記録します。
あとは計算のみです。
今回の実験では5分で1.1度上昇しました。
水が受け取ったエネルギーは
2000g×1.1℃×4.186J/g・K=9209Jです。
（4.186は水の比熱、2000gは水の量）

時間は5分=300秒です。

面積はペットボトルの寸法を測って簡単な算数により求めて、おおよそ270cm^2でした。

よって太陽定数は9209J/300s・270cm^2=1.1KJ/s・m^2=1.1kW/m^2
となります。（1000J=1KJ、m^2=10000cm^2、J/s=Wです）

太陽光が100%熱になるわけでない
日光が雲で遮られる
大気等から熱が入ってくる
などの理由で完全に正確な値は出ませんが、
正しい値1.37kw/m^2にそれなりに近い値がでました。

さらにここから
・地球全体に与えられるエネルギー
・太陽が発するエネルギー
・太陽を黒体とした場合の表面温度
などを計算すると自由研究としての価値も大きくなるでしょう。

 

↑ペットボトルの写真

ペットボトルの広い面が日光に垂直になるように雑誌（ガンガンとちゃおホラー）で斜めにしています。