पाइरिलियोमीटर और पायरानोमीटर का उपयोग कर सौर विकिरण मापन विधियाँ

हम सभी जानते हैं कि सूर्य के कारण पृथ्वी पर जीवन कायम है क्योंकि यह पृथ्वी को गर्म रखने के लिए पर्याप्त ऊष्मा प्रदान करता है। यह ऊर्जा सूर्य द्वारा विद्युत चुम्बकीय विकिरण के रूप में वितरित की जाती है जिसे आमतौर पर सौर विकिरण कहा जाता है । कुछ विकिरण मनुष्यों के लिए फायदेमंद है जबकि एक और विकिरण सभी जीवन के लिए हानिकारक है।

सौर विकिरण को पृथ्वी की सतह तक पहुँचाने के लिए इसे उस वातावरण से गुज़रना चाहिए जहाँ यह अवशोषित, बिखरा हुआ, परावर्तित और संचारित होता है, जिसके परिणामस्वरूप ऊर्जा प्रवाह घनत्व में कमी आती है। यह कमी बहुत महत्वपूर्ण है क्योंकि 30% से अधिक नुकसान एक धूप वाले दिन होता है और एक बादल दिन पर यह 90% तक बढ़ जाता है। तो वायुमंडल के माध्यम से पृथ्वी की सतह तक पहुंचने वाला अधिकतम विकिरण कभी भी 80% से अधिक नहीं होगा।

सौर प्रवाह को मापना बहुत महत्वपूर्ण है, क्योंकि यह पृथ्वी पर जीवन का आधार है और इसका उपयोग कई उत्पादों के निर्माण में किया जाता है, चाहे इसका संबंध इलेक्ट्रॉनिक्स, फसलों, दवाओं, सौंदर्य प्रसाधन आदि से हो, इस ट्यूटोरियल में हम सौर विकिरण और इसके बारे में जानेंगे। माप और दो सबसे लोकप्रिय सौर ऊर्जा मापने वाले यंत्रों के बारे में भी जानेंगे- पाइरोलीओमीटर और पायरानोमीटर।

बीम रेडिएशन और डिफ्यूज रेडिएशन

जिस विकिरण को हम सतह पर देखते हैं, वह प्रत्यक्ष विकिरण और सूर्य का अप्रत्यक्ष विकिरण दोनों है। सूर्य से सीधे आने वाला विकिरण प्रत्यक्ष विकिरण है और इसे किरण विकिरण कहा जाता है । बिखरी हुई और परावर्तित विकिरण जो सभी दिशाओं से पृथ्वी की सतह पर भेजी जाती है (अणुओं, कणों, जानवरों के शरीर आदि से परिलक्षित) को अप्रत्यक्ष विकिरण कहा जाता है और इसे विसरित विकिरण कहा जाता है । और दोनों का योग, किरण और फैलने वाला विकिरण, वैश्विक विकिरण या कुल विकिरण के रूप में परिभाषित किया गया है ।

बीम विकिरण के बीच अंतर करना और विकिरण फैलाना महत्वपूर्ण है क्योंकि किरण विकिरण को केंद्रित किया जा सकता है जबकि फैलाने वाला विकिरण नहीं कर सकता है। कई सौर विकिरण मापने वाले उपकरण हैं जिनका उपयोग बीम विकिरण को मापने और विकिरण को फैलाने के लिए किया जाता है।

अब हम नीचे दिए गए आरेख में विद्युत चुम्बकीय विकिरण के स्पेक्ट्रम पर एक नजर डालते हैं।

पूरे स्पेक्ट्रम में, हम केवल सौर प्रवाह की गणना करने के लिए यूवी किरणों से लेकर आईआर किरणों तक तरंगदैर्ध्य पर विचार करते हैं, क्योंकि सूर्य से उच्च-आवृत्ति वाली तरंगें सतह तक नहीं पहुंचती हैं और आईआर के बाद निम्न-आवृत्ति विकिरण विश्वसनीय नहीं होते हैं। इसलिए सौर विकिरण या प्रवाह को आमतौर पर आईआर किरणों के लिए यूवी किरणों के रूप में मापा जाता है और उपकरणों को भी उसी तरह डिजाइन किया जाता है।

सौर विकिरण मापने के उपकरण दो प्रकार के होते हैं:

1. पीरहेलोमीटर
2. पायरानोमीटर

इन उपकरणों के काम में जाने से पहले आपको कुछ अवधारणाओं को समझना होगा जो कि उपकरणों को डिजाइन करते समय उपयोग किए जाते हैं। तो अब आइए उन अवधारणाओं पर गौर करें।

श्याम पिंडों से उत्पन्न विकिरण

एक ब्लैक बॉडी आमतौर पर वायुमंडल में कुछ भी उत्सर्जित किए बिना सभी विकिरणों को अवशोषित करती है और ब्लैक बॉडी को अवशोषण को अधिक शुद्ध करती है। तथ्य यह है कि अब तक कोई पूर्ण काला शरीर मौजूद नहीं है, इसलिए हम आमतौर पर दूसरे-सर्वश्रेष्ठ के लिए व्यवस्थित होते हैं। काले शरीर द्वारा विकिरण को अवशोषित करने के बाद यह गर्म हो जाता है क्योंकि विकिरण स्वयं ऊर्जा है और अवशोषण के बाद, शरीर में परमाणु बाहर निकल जाते हैं। इस ब्लैकबॉडी का उपयोग सूर्य विकिरण मापने वाले उपकरणों में एक मुख्य घटक के रूप में किया जाता है । काले शरीर के विपरीत, एक सफेद शरीर सभी विकिरण को दर्शाता है जो उस पर वापस वायुमंडल में गिरता है यही कारण है कि हम गर्मियों के दौरान सफेद कपड़े पहनने में अधिक सहज महसूस करेंगे।

थर्मोकपल

थर्मोकपल एक सरल उपकरण है जिसका निर्माण विभिन्न सामग्रियों से बने दो कंडक्टरों का उपयोग करके किया गया है जैसा कि चित्र में दिखाया गया है।

यहां दो तारों को दो जंक्शनों के साथ एक लूप बनाने के लिए जोड़ा जाता है और इन जंक्शनों को 'ए' और 'बी' के रूप में नामित किया जाता है। अब एक मोमबत्ती को जंक्शन 'ए' के ​​पास लाया जाता है, जबकि जंक्शन 'बी' को अकेला छोड़ दिया जाता है। मोमबत्ती के 'ए' में मौजूद होने के कारण इसका तापमान काफी बढ़ जाता है जबकि जंक्शन बी कमरे के तापमान पर ठंडा रहता है। इस तापमान अंतर के कारण, एक वोल्टेज (संभावित अंतर) ' सीबेक प्रभाव' के अनुसार जंक्शनों पर दिखाई देता है । चूँकि सर्किट बंद है एक 'मैं' सर्किट के माध्यम से बहती है जैसा कि चित्र में दिखाया गया है और इस धारा को मापने के लिए हम श्रृंखला में एक एमीटर कनेक्ट करेंगे। यह याद रखना महत्वपूर्ण है कि लूप में वर्तमान 'I' का परिमाण तापमान अंतर के सीधे आनुपातिक हैजंक्शनों पर, इसलिए उच्च तापमान अंतर से करंट का अधिक परिमाण होता है। इसलिए एमीटर के पढ़ने से हम जंक्शनों पर तापमान के अंतर की गणना कर सकते हैं।

अब मूल बातें कवर होने के बाद, आइए सौर विकिरण मापने वाले उपकरणों के निर्माण और काम पर गौर करें।

पीरिह्लोमीटर वर्किंग एंड कंस्ट्रक्शन

पाइरिलियोमीटर एक उपकरण है जिसका उपयोग सामान्य घटना पर प्रत्यक्ष किरण विकिरण को मापने के लिए किया जाता है। इसकी बाहरी संरचना एक दूरबीन की छवि को पेश करने वाली एक लंबी ट्यूब की तरह दिखती है और हमें लेंस को सूर्य के प्रकाश को मापने के लिए इंगित करना होगा। यहां हम पीरहेलोमीटर और इसके निर्माण के कार्य सिद्धांत को जानेंगे ।

पीरहेलोमीटर की मूल संरचना को समझने के लिए, नीचे दिखाए गए आरेख को देखें।

यहां लेंस को सूर्य की ओर इंगित किया गया है और विकिरण लेंस, ट्यूब से होकर गुजरेगा और अंत में नीचे मौजूद काली वस्तु पर गिरता है। अब अगर हम पूरी आंतरिक संरचना और सर्किट को सरल तरीके से फिर से तैयार करते हैं तो यह नीचे की तरह दिखाई देगा।

सर्किट में, यह देखा जा सकता है कि काला शरीर लेंस से गिरने वाले विकिरण को अवशोषित करता है और जैसा कि पहले चर्चा की गई है कि एक परिपूर्ण काला शरीर किसी भी विकिरण को पूरी तरह से अवशोषित कर लेता है, इसलिए ट्यूब में गिरने वाला विकिरण पूरी तरह से काली वस्तु द्वारा अवशोषित हो जाता है। एक बार जब विकिरण शरीर में परमाणुओं को अवशोषित कर लेता है तो पूरे शरीर के बढ़ते तापमान के कारण उत्तेजित हो जाता है। यह तापमान वृद्धि थर्मोकपल जंक्शन 'ए' द्वारा भी अनुभव की जाएगी। अब उच्च तापमान पर थर्मोकपल के जंक्शन 'ए' के साथ और कम तापमान पर जंक्शन 'बी' के साथ, थर्मोकपल के कार्य सिद्धांत में चर्चा के रूप में एक प्रवाह वर्तमान में अपने पाश में होता है। लूप में यह धारा गैल्वेनोमीटर के माध्यम से भी प्रवाहित होगी जो श्रृंखला में है और इस कारण इसमें विचलन होता है। यहविचलन वर्तमान के लिए आनुपातिक है, जो बदले में जंक्शनों पर तापमान के अंतर के आनुपातिक है।

विचलन α पाश में वर्तमान α जंक्शनों पर तापमान अंतर।

अब हम सर्किट की मदद से गैल्वेनोमीटर में इस विचलन को कम करने की कोशिश करेंगे। विचलन को शून्य करने की पूरी प्रक्रिया नीचे चरण दर चरण बताई गई है।

• पहले, प्रवाह को चालू करने के लिए सर्किट में स्विच को बंद करें।
• करंट बहता है जैसे,

बैटरी -> स्विच -> धातु कंडक्टर -> एमीटर -> चर अवरोध -> बैटरी।

• इस धातु प्रवाहक के माध्यम से प्रवाहित होने के साथ इसका तापमान एक निश्चित डिग्री तक बढ़ जाता है।
• धातु कंडक्टर के संपर्क में होने से जंक्शन 'बी' तापमान भी बढ़ जाता है। यह जंक्शन 'ए' और जंक्शन 'बी' के बीच तापमान के अंतर को कम करता है।
• तापमान अंतर में कमी के कारण, थर्मोकपल में वर्तमान प्रवाह भी कम हो जाता है।
• चूंकि विचलन वर्तमान के लिए आनुपातिक है, इसलिए गैल्वेनोमीटर का विचलन भी घटता है।
• संक्षेप में, हम कह सकते हैं- धातु कंडक्टर में वर्तमान को बदलने के लिए रिओस्टेट को समायोजित करके गैल्वेनोमीटर में विचलन को कम किया जा सकता है।

अब जब तक गैल्वेनोमीटर विचलन पूरी तरह से शून्य नहीं हो जाता है तब तक रिओस्टेट को समायोजित करते रहें। एक बार ऐसा होने पर हम मीटर से वोल्टेज और करंट रीडिंग प्राप्त कर सकते हैं और काले शरीर द्वारा अवशोषित ऊष्मा निर्धारित करने के लिए एक सरल गणना करते हैं। इस गणना मूल्य का उपयोग विकिरण को निर्धारित करने के लिए किया जा सकता है, क्योंकि काले शरीर द्वारा उत्पन्न गर्मी विकिरण के सीधे आनुपातिक है। यह विकिरण मूल्य प्रत्यक्ष किरण सौर विकिरण के अलावा और कोई नहीं है जिसे हम शुरुआत से मापना चाहते हैं। और इसके साथ, हम पीरहेलोमीटर के काम को समाप्त कर सकते हैं।

Pyranometer वर्किंग एंड कंस्ट्रक्शन

पायरानोमीटर एक उपकरण है जिसका उपयोग बीम विकिरण और फैलाने वाले विकिरण दोनों को मापने के लिए किया जा सकता है । दूसरे शब्दों में, इसका उपयोग कुल गोलार्ध विकिरण (बीम प्लस एक क्षैतिज सतह पर फैलाना) को मापने के लिए किया जाता है। यहां हम Pyranometer के काम करने के सिद्धांत और इसके निर्माण के बारे में जानेंगे।

डिवाइस एक यूएफओ तश्तरी की तरह दिखता है जो अपने उद्देश्य के लिए सबसे अच्छा आकार है। यह उपकरण अन्य की तुलना में अधिक लोकप्रिय है और आजकल अधिकांश सौर संसाधन डेटा का उपयोग करके इसे मापा जाता है। आप पायरेनोमीटर की मूल तस्वीर और आंतरिक संरचना नीचे देख सकते हैं।

उन्होंने कहा कि इस तरह की घटनाओं को रोकने के लिए सरकार ने कई कदम उठाए हैं।

यहां आसपास के वायुमंडल से विकिरण ग्लास गुंबद से होकर गुजरता है और उपकरण के केंद्र में स्थित ब्लैकबॉडी पर गिरता है। पहले की तरह, शरीर का तापमान सभी विकिरण को अवशोषित करने के बाद बढ़ जाता है और यह वृद्धि थर्मोकपल श्रृंखला या थर्मोकपल मॉड्यूल द्वारा भी अनुभव की जाएगी, जो सीधे ब्लैकबॉडी के नीचे मौजूद है। इसलिए मॉड्यूल का एक पक्ष गर्म होगा और दूसरा हीट सिंक के कारण ठंडा होगा। थर्मोकपल मॉड्यूल एक वोल्टेज उत्पन्न करता है और इसे आउटपुट टर्मिनलों पर देखा जा सकता है। आउटपुट टर्मिनलों पर प्राप्त यह वोल्टेज थर्मोकपल के सिद्धांत के अनुसार तापमान अंतर के सीधे आनुपातिक है।

चूंकि हम जानते हैं कि तापमान का अंतर काले शरीर द्वारा अवशोषित विकिरण से संबंधित है, हम कह सकते हैं कि आउटपुट वोल्टेज विकिरण के लिए आनुपातिक रूप से आनुपातिक है।

पिछली गणना के समान, इस वोल्टेज मान से कुल विकिरण का मूल्य आसानी से प्राप्त किया जा सकता है। इसके अलावा छाया का उपयोग करके और उसी प्रक्रिया का पालन करके, हम फैलाना विकिरण भी प्राप्त कर सकते हैं। कुल विकिरण और विसरित विकिरण मूल्य के साथ, किरण विकिरण मूल्य की भी गणना की जा सकती है। इसलिए हम Pyranometer का उपयोग करते हुए सौर ऊर्जा और कुल विकिरण दोनों की गणना कर सकते हैं ।