El Sol, principal fuente de energía

El Sol ha radiado energía por miles de millones de años; de hecho el calor y la luz emitidos por él permiten condiciones favorables para la existencia de vida en la Tierra; la radiación solar que incide sobre ella en una hora es equivalente a la cantidad de energía demandada por el mundo en un año.

Algunas curiosidades acerca del Sol

Sun1- En el núcleo del Sol suceden reacciones nucleares que liberan energía, elevando la temperatura superficial de este a cerca de 5.500°C. Sin embargo, esa actividad atómica va decayendo muy lentamente. Se estima que en 5 mil millones de años más el Sol empezará a evidenciar cambios, para finalmente terminar como un astro apagado

- En la superficie del Sol se observan  manchas oscuras ("manchas solares") que varían constantemente. Estas son zonas más frías del Sol en relación al entorno de ellas y son intensos campos magnéticos que pueden interferir en las comunicaciones radiales en la Tierra. Las  manchas solares tienen ciclos de 11 años entre sus máximos y sus mínimos.

- El Sol, al igual que los planetas, tiene movimiento de rotación. Sin embargo, como no es un cuerpo sólido su movimiento es diferenciado; la zona ecuatorial rota en aproximadamente 26 días, en tanto que en la zonas polares este movimiento dura unos 30 días.

- Debido a la distancia en que se encuentra la Tierra del Sol, la luz que este emite demora 8 minutos en llegar al planeta.

Factores que inciden en la energía que recibe la Tierra

A pesar de que el Sol representa una fuente permanente de energía, la radiación solar incide en la Tierra con distinta intensidad, debido a varios factores astronómicos. Influye en primer lugar el hecho de que la Tierra gira sobre sí misma (rotación), por lo cual hay períodos de oscuridad y de luz (noche y día). Además, la Tierra se mueve alrededor del Sol (traslación) en una órbita elíptica, por lo que en algunos meses del año el planeta está más cercano al Sol y, en otros, más lejano. Aunque la distancia de la Tierra al Sol en Perihelio y Afelio (punto más cercano y más lejano, respectivamente)  no difiere demasiado, ello implica  una variación de 3,5% en la energía solar que llega al planeta.

104Perihelio y Afelio: el Perihelio se produce en enero de cada año y el Afelio ocurre seis meses más tarde, los primeros días de julio. Por efecto de movimientos secundarios de la Tierra, el Perihelio y el Afelio desplazan lentamente su posición en la órbita terrestre, de tal modo que las fechas en que ellos ocurren varían en el tiempo.

La Tierra, por ser esférica, recibirá en forma más directa los rayos solares en las zonas cercanas al ecuador; su caída es más oblicua a medida que se avanza hacia las zonas polares. Otro factor importante respecto a la cantidad de energía solar recibida, es que el eje terrestre está inclinado en relación al plano orbital, de modo que los hemisferios norte y sur de la Tierra se alternan a lo largo del año para estar en verano (máximo de energía recibida) o en invierno (mínimo de energía recibida).

107 SolsticioSolsticios: la inclinación del eje de la Tierra en relación a su órbita, hace que aparentemente  el Sol se desplace a lo largo del año entre un Trópico y otro. De este modo, en un momento del año, los rayos solares son recibidos perpendicularmente al suelo en el Trópico de Capricornio (solsticio del 21 de diciembre), para lentamente desplazarse hasta el Trópico de Cáncer (solsticio del 21 de junio).

En los equinoccios, los rayos solares caen directamente en el ecuador (21 de marzo y 22 o 23 de septiembre), y la duración del día y la noche es la misma.

Los Trópicos se sitúan a los 23º 27' de latitud, lo que corresponde al ángulo que forma el ecuador terrestre con el plano orbital o eclíptica.

 

107 Rayos S horas dia 2

 

107 Solsticio1Rayos del Sol en diferentes horas del día: atraviesan una atmósfera de distinto grosor

La atmósfera es un filtro para los rayos solares ya que en parte son reflejados y absorbidos a su paso; de este modo la cantidad de energía que llega a la superficie terrestre está en relación al espesor de esta capa gaseosa y al camino que recorren los rayos hasta alcanzar la superficie.

Tanto la latitud como el relieve tienen alta influencia en la cantidad de energía disponible. En las zonas tropicales  la cantidad  de radiación recibida es más elevada que en zonas cercanas a los polos y del mismo modo, en las altas cordilleras el grosor de la atmósfera es menor y la energía recibida será mayor que en zonas bajas.

Promedio anual de energía solar en el mundo

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Radiación solar en la zona norte de Chile: por las características de extrema aridez y su relieve plano y alto, el Desierto de Atacama presenta una alta cantidad de días claros (sin nubes) en el año. De hecho esta condición de cielos limpios  ha atraído a importantes observatorios  internacionales a instalar telescopios e instrumentos en el área. Todas las condiciones anteriores permiten que  la cantidad de radiación solar disponible en dicha área sea una de las más elevadas del mundo.

Componentes de la radiación solar

La radiación solar que incide sobre la atmosfera terrestre, es en parte reflejada al espacio, mientras que la mayor porción ingresa a la atmósfera, donde a su vez es dispersada y se absorbe una porción de ella. La radiación que finalmente incide sobre la superficie terrestre está compuesta por dos componentes: directa y difusa. La radiación directa es aquella que proviene del disco solar (y que produce sombra), mientras que la radiación difusa se origina por su dispersión en la atmósfera y proviene de todo el cielo, excepto el disco solar; se produce principalmente por la presencia de nubes, donde los rayos solares chocan y cambian su dirección en muchos sentidos; por esta razón en días nublados no se observa sombra.

La energía contenida en la radiación directa es mucho mayor que la que entrega la radiación difusa; esto se hace evidente en días soleados, cuando la temperatura ambiente sube considerablemente. La radiación global es la suma de ambas.
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Relación entre las componentes directa y difusa en un día claro: la intensidad de la radiación solar varía considerablemente a lo largo del día, siendo el máximo al mediodía.

107Variación de la radiación solar y sus componentes: en un día sin nubosidad (izquierda), la intensidad de la componente directa de la radiación es muy superior a la componente difusa. En un día que comienza claro y termina nublado (derecha) se observa que la radiación difusa aumenta, en desmedro de la radiación directa que disminuye considerablemente.

 

 

 

Las fotos e imágenes de este sitio se han publicado expresamente para uso educativo con la autorización de Origo Ediciones y la Pontificia Universidad Católica de Chile.

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