Năng lượng mặt trời lý thuyết và ứng dụng

NÀNG LÆÅÜNG MÀÛT TRÅÌI
LYÏ THUYÃÚT VAÌ ÆÏNG DUÛNG


TS. HOÀNG DƯƠNG HÙNG

LÅÌI NỌI ÂÁƯU

Nhu cáưu vãư nàng lỉåüng ca con ngỉåìi trong thåìi âải khoa hc k
thût phạt triãøn ngy cng tàng. Trong khi âọ cạc ngưn nhiãn liãûu dỉû
trỉỵ nhỉ than âạ, dáưu m, khê thiãn nhiãn v ngay c thy âiãûn âãưu cọ
hản, khiãún cho nhán loải âỉïng trỉåïc nguy cå thiãúu hủt nàng lỉåüng.
Viãûc tçm kiãúm v khai thạc cạc ngưn nàng lỉåüng måïi nhỉ nàng lỉåüng
hảt nhán, nàng lỉåüng âëa nhiãût, nàng lỉåüng giọ v nàng lỉåüng màût
tråìi ... l hỉåïng quan trng trong kãú hoảch phạt triãøn nàng lỉåüng,
Viãûc nghiãn cỉïu sỉí dủng nàng lỉåüng màût tråìi ngy cng âỉåüc
quan tám, nháút l trong tçnh trảng thiãúu hủt nàng lỉåüng v váún âãư cáúp
bạch vãư mäi trỉåìng hiãûn nay. Nàng lỉåüng màût tråìi âỉåü
c xem nhỉ l
dảng nàng lỉåüng ỉu viãût trong tỉång lai, âọ l ngưn nàng lỉåüng sàơn
cọ, siãu sảch v miãùn phê. Do váûy nàng lỉåüng màût tråìi ngy cng âỉåüc
sỉí dủng räüng ri åí cạc nỉåïc trãn thãú giåïi.
Näüi dung cún sạch âỉåüc biãn soản mäüt cạch tỉång âäúi r rng dãù
hiãøu nhåì kinh nghiãûûm ging dảy, nghiãn cỉïu láu nàm v kinh nghiãûm
thỉûc tãú ca tạc gi trong lénh vỉûc nàng lỉåüng màût tråìi. Trong quạ
trçnh biãn soản, tạc gi â cọ tham kho nhiãưu ti liãûu ca nhiãưu tạc
gi trong v ngoi nỉåïc. Cún sạch âỉåüc chia ra lm hai pháưn:
- Pháưn mäüt: Màût tråìi v Nàng lỉåüng màût tråìi
- Pháư

n hai: ỈÏng dủng Nàng lỉåüng màût tråìi
Cún sạch âỉåüc biãn soản våïi mủc âêch lm ti liãûu tham kho cho
sinh viãn chun ngnh Cäng nghãû Nhiãût Lảnh v nhỉỵng ai quan tám
hc táûp, nghiãn cỉïu vãư nàng lỉåüng màût tråìi. Cún sạch måïi âỉåüc biãn
soản láưn âáưu nãn chàõc chàõn khäng trạnh khi nhỉỵng khiãúm khuút.
Tạc gi ráút mong nháûn âüc cạc kiãún gọp tỉì bản âc.
Tạc gi xin chán thnh cm ån cạc âäưng nghiãûp khoa Cäng nghãû
Nhiãût Âiãûn lảnh, trỉåìng Âải hc Bạch khoa  Nàơng â âäüng viãn,
giụp âåỵ cho tạc gi trong quạ trçnh biãn soản.


TẠC GI

3

MỦC LỦC
Trang
Låìi nọi âáưu 3
Pháưn 1. MÀÛT TRÅÌI V NÀNG LỈÅÜNG MÀÛT TRÅÌI 5
Chỉång 1. Màût tråìi v trại âáút 5
1.1. Cáúu trục ca màût tråìi 5
1.2. Cạc Phn ỉïng hảt nhán trong màût tråìi 8
1.3. Trại âáút v khê quøn ca Trại âáút 10
Chỉång 2. Nàng lỉåüng bỉïc xả màût tråìi 16
2.1. Bỉïc xả màût tråìi 16
2.2. Tênh toạn nàng lỉåüng bỉïc xả màût tråìi 20
2.3. Âo cỉåìng âäü bỉïc xả màût tråìi 28
Pháưn 2. ỈÏNG DỦNG NÀNG LỈÅÜNG MÀÛT TRÅÌI 31
Chỉång 3. Pin màût tråìi 32
3.1. Ngun l hoảt âäüng v cáúu tảo ca pin màût tråìi 32

3.2. Thiãút kãú v làõp âàût hãû thäú
ng pin màût tråìi 39
3.3. ỈÏng dủng pin màût tråìi 52
Chỉång 4. Thiãút bë nhiãût màût tråìi 55
4.1. Cå såí l thuút tênh thiãút bë nhiãût màût tråìi 55
4.2. Bãúp náúu dng nàng lỉåüng màût tråìi 87
4.3. Hãû thäúng cung cáúp nỉåïc nọng dng nàng lỉåüng màût tråìi 101
4.4. Hãû thäúng sáúy dng nàng lỉåüng màût tråìi 145
4.5. Hãû thäúng chỉng cáút nỉåïc dng nàng lỉåüng màût tråìi 153
4.6. Âäüng cå stirling dng nàng lỉåüng màût tråìi 162
4.7. Thiãút bë lảnh dng nàng lỉåüng màût tråìi 169
4.8. Nh mạy nhiãût âiãûn màût tråìi 191
Phủ lủc 196
Ti liãûu tham kho 209
Mủc lủc 215

215




PHệN I
MT TRèI VAè NNG LặĩNG MT TRèI

Mỷt trồỡi laỡ mọỹt trong nhổợng ngọi sao phaùt saùng maỡ con ngổồỡi coù
thóứ quan saùt õổồỹc trong vuợ truỷ. Mỷt trồỡi cuỡng vồùi caùc haỡnh tinh vaỡ caùc
thión thóứ cuớa noù taỷo nón hóỷ mỷt trồỡi nũm trong daới Ngỏn Haỡ cuỡng vồùi
haỡng tyớ hóỷ mỷt trồỡi khaùc. Mỷt trồỡi luọn phaùt ra mọỹt nguọửn nng lổồỹng
khọứng lọử vaỡ mọỹt phỏửn nguọửn nng lổồỹng õoù truyóửn bũng bổùc xaỷ õóỳn
traùi õỏỳt chuùng ta. Traùi õỏỳt vaỡ Mỷt trồỡi coù mọỳi quan hóỷ chỷt cheợ, chờnh

bổùc xaỷ mỷt trồỡi laỡ yóỳu tọỳ quyóỳt õởnh cho sổỷ tọửn taỷi cuớa sổỷ sọỳng trón
haỡnh tinh cuớa chuùng ta. Nng lổồỹng mỷ
t trồỡi laỡ mọỹt trong caùc nguọửn
nng lổồỹng saỷch vaỡ vọ tỏỷn vaỡ noù laỡ nguọửn gọỳc cuớa caùc nguọửn nng
lổồỹng khaùc trón traùi õỏỳt. Con ngổồỡi õaợ bióỳt tỏỷn hổồớng nguọửn nng
lổồỹng quờ giaù naỡy tổỡ rỏỳt lỏu, tuy nhión vióỷc khai thaùc, sổớ duỷng nguọửn
nng lổồỹng naỡy mọỹt caùch hióỷu quaớ nhỏỳt thỗ vỏựn laỡ vỏỳn õóử maỡ chuùng ta
õang quan tỏm.










5

CHỈÅNG 1
MÀÛT TRÅÌI V TRẠI ÂÁÚT


1.1. CÁÚU TRỤC CA MÀÛT TRÅÌI
Màût tråìi l mäüt khäúi khê hçnh cáưu cọ âỉåìng kênh 1,390.10
6
km
(låïn hån 110 láưn âỉåìng kênh Trại âáút), cạch xa trại âáút 150.10
6

km
(bàòng mäüt âån vë thiãn vàn
AU ạnh sạng Màût tråìi cáưn
khong 8 phụt âãø vỉåüt qua
khong ny âãún Trại âáút).
Khäúi lỉåüng Màût tråìi khong
M
o
=2.10
30
kg. Nhiãût âäü T
o

trung tám màût tråìi thay âäøi
trong khong tỉì 10.10
6
K
âãún 20.10
6
K, trung bçnh
khong 15600000 K. ÅÍ
nhiãût âäü nhỉ váûy váût cháút
khäng thãø giỉỵ âỉåüc cáúu trục
tráût tỉû thäng thỉåìng gäưm
cạc ngun tỉí v phán tỉí.
Nọ tråí thnh plasma trong âọ cạc hảt nhán ca ngun tỉí chuøn âäüng
tạch biãût våïi cạc electron. Khi cạc hảt nhán tỉû do cọ va chảm våïi nhau
s xút hiãûn nhỉỵng vủ näø nhiãût hảch. Khi quan sạt tênh cháút ca váût
cháút ngüi hån trãn bãư màût nhçn tháúy âỉåüc ca Màût tråìi, cạc nh khoa
hc â kãút lûn ràòng cọ phn ỉïng nhiãût hảch xy ra åí trong lng Màût

tråìi.

Hçnh 1.1. Bãn ngoi màût tråìi.
Vãư cáúu trục, Màût tråìi cọ thãø
chia lm 4 vng, táút c håüp thnh
mäüt khäúi cáưu khê khäøng läư (hçnh 1.2). Vng giỉỵa gi l nhán hay “li”
cọ nhỉỵng chuøn âäüng âäúi lỉu, nåi xy ra nhỉỵng phn ỉïng nhiãût hảt

6

nhỏn taỷo nón nguọửn nng lổồỹng mỷt trồỡi, vuỡng naỡy coù baùn kờnh khoaớng
175.000km, khọỳi lổồỹng rióng 160kg/dm
3
, nhióỷt õọỹ ổồùc tờnh tổỡ 14 õóỳn
20 trióỷu õọỹ, aùp suỏỳt vaỡo khoaớng haỡng trm tyớ atmotphe. Vuỡng kóỳ tióỳp
laỡ vuỡng trung gian coỡn goỹi laỡ vuỡng õọứi ngổồỹc qua õoù nng lổồỹng
truyóửn tổỡ trong ra ngoaỡi, vỏỷt chỏỳt ồớ vuỡng naỡy gọửm coù sừt (Fe), can xi
(Ca), naùt ri (Na), stronti (Sr), crọm (Cr), kóửn (Ni), caùcbon ( C), silờc
(Si) vaỡ caùc khờ nhổ hiõrọ (H
2
), hóli (He), chióửu daỡy vuỡng naỡy khoaớng
400.000km. Tióỳp theo laỡ vuỡng õọỳi lổu daỡy 125.000km vaỡ vuỡng
quang cỏửu coù nhióỷt õọỹ khoaớng 6000K, daỡy 1000km, ồớ vuỡng naỡy gọửm
caùc boỹt khờ sọi suỷc, coù chọự taỷo ra caùc vóỳt õen, laỡ caùc họỳ xoaùy coù nhióỷt
õọỹ thỏỳp khoaớng 4500K vaỡ caùc tai lổớa coù nhióỷt õọỹ tổỡ 7000K -10000K.
Vuỡng ngoaỡi cuỡng laỡ vuỡng bỏỳt õởnh vaỡ goỹi laỡ khờ quyóứn cuớa Mỷt trồỡi.



Hỗnh 1.2. Cỏỳu truùc cuớa Mỷt trồỡi.

Neutrino

Loới

Vóỳt õen
Sừc quyóứn
Tia bổùc xaỷ X
vaỡ
Tai lổớa
Vuỡng quang cỏửu
Vuỡng õọỳi lổu
Vuỡng trung gian
Bổùc xaỷ khaớ kióỳn,
họửng ngoaỷi vaỡ tổớ

ngoaỷi

Phoùng xaỷ
Nhióỷt õọỹ bóử mỷt cuớa Mỷt trồỡi laỡ 5762K nghộa laỡ coù giaù trở õuớ lồùn õóứ
caùc nguyón tổớ tọửn taỷi trong traỷng thaùi kờch thờch, õọửng thồỡi õuớ nhoớ õóứ ồớ

7

âáy thènh thong lải xút hiãûn nhỉỵng ngun tỉí bçnh thỉåìng v cạc
cáúu trục phán tỉí. Dỉûa trãn cå såí phán têch cạc phäø bỉïc xả v háúp thủ
ca Màût tråìi ngỉåìi ta xạc âënh âỉåüc ràòng trãn màût tråìi cọ êt nháút 2/3 säú
ngun täú tçm tháúy trãn Trại âáút. Ngun täú phäø biãún nháút trãn Màût
tråìi l ngun täú nhẻ nháút Hydrogen. Váût cháút ca Màût tråìi bao gäưm
khong 73.46% l Hydrogen v gáưn 24,85% l Hãlium, cn lải l cạc
ngun täú v cạc cháút khạc nhỉ Oxygen 0,77%, Carbon 0,29%, Iron

0,16%, Neon 0,12%, Nitrogen 0,09%, Silicon 0,07%, Magnesium
0,05% v Sulphur 0,04%. Ngưn nàng lỉåüng bỉïc xả ch úu ca Màût
tråìi l do phn ỉïng nhiãût hảch täøng håüp hảt nhán Hrä, phn ỉïng ny
âỉa âã
ún sỉû tảo thnh Hãli. Hảt nhán ca Hrä cọ mäüt hảt mang âiãûn
dỉång l proton. Thäng thỉåìng nhỉỵng hảt mang âiãûn cng dáúu âáøy
nhau, nhỉng åí nhiãût âäü â cao chuøn âäüng ca chụng s nhanh tåïi
mỉïc chụng cọ thãø tiãún gáưn tåïi nhau åí mäüt khong cạch m åí âọ cọ thãø
kãút håüp våïi nhau dỉåïi tạc dủng ca cạc lỉûc hụt. Khi âọ cỉï 4 hảt nhán
Hrä lải tảo ra mäüt hảt nhán Hãli, 2 Neutrino v mäüt lỉåüng bỉïc xả γ.
4H
1
1
→ He
2
4
+ 2 Neutrino + γ (1.1)
Neutrino l hảt khäng mang âiãûn, ráút bãưn v cọ kh nàng âám xun
ráút låïn. Sau phn ỉïng cạc Neutrino láûp tỉïc råìi khi phảm vi màût tråìi v
khäng tham gia vo cạc “biãún cäú” sau âọ.
Trong quạ trçnh diãùn biãún ca phn ỉïng cọ mäüt lỉåüng váût cháút ca
Màût tråìi bë máút âi. Khäúi lỉåüng ca Màût tråìi do âọ mäùi giáy gim
chỉìng 4.10
6
táún, tuy nhiãn theo cạc nh nghiãn cỉïu, trảng thại ca Màût
tråìi váùn khäng thay âäøi trong thåìi gian hng t nàm nỉỵa. Mäùi ngy
Màût tråìi sn xút mäüt ngưn nàng lỉåüng qua phn ỉïng nhiãût hảch lãn
âãún 9.10
24
kWh (tỉïc l chỉa âáưy mäüt pháưn triãûu giáy Màût tråìi â gii

phọng ra mäüt lỉåüng nàng lỉåüng tỉång âỉång våïi täøng säú âiãûn nàng
sn xút trong mäüt nàm trãn Trại âáút).



8

1.2. PHN ỈÏNG HẢT NHÁN TRONG MÀÛT TRÅÌI

1.2.1. Phn ỉïng täøng håüp hảt nhán Hãli
Trong quạ trçnh hçnh thnh, nhiãût âäü bãn trong Màût tråìi s tàng
dáưn. Khi vng tám màût tråìi âảt nhiãût âäü T≥ 10
7
K, thç cọ â âiãưu kiãûn
âãø xy ra phn ỉïng täøng håüp Hãli tỉì Hrä, theo phỉång trçnh:
4H
1
→ He
4
+ q. (1.2)
Âáy l phn ỉïng sinh nhiãût q = ∆m.c
2
, trong âọ c = 3.10
8
m/s l
váûn täúc ạnh sạng trong chán khäng, ∆m = (4m
H
- m
He
) l khäúi lỉåüng bë

hủt, âỉåüc biãún thnh nàng lỉåüng theo phỉång trçnh Einstein. Mäùi 1kg
hảt nhán H
1
chuøn thnh He
4
thç bë hủt mäüt khäúi lỉåüng ∆m = 0,01kg,
v gii phọng ra nàng lỉåüng:
q = ∆m.c
2
= 0,01.(3.10
8
)
2
= 9.10
14
J (1.3)
Lỉåüng nhiãût sinh ra s lm tàng ạp sút khäúi khê, khiãún màût tråìi
phạt ra ạnh sạng v bỉïc xả, v nåí ra cho âãún khi cán bàòng våïi lỉûc háúp
dáùn. Mäùi giáy Màût tråìi tiãu hy hån 420 triãûu táún hrä, gim khäúi
lỉåüng ∆m = 4,2 triãûu táún v phạt ra nàng lỉåüng Q = 3,8.10
26
W. Giai
âoản âäút Hrä ca Màût tråìi â âỉåüc khåíi âäüng cạch âáy 4,5 t nàm,
v cn tiãúp tủc trong khong 5,5 t nàm nỉỵa.
1.2.2. Phn ỉïng täøng håüp Cạcbon v cạc ngun täú khạc
Khi nhiãn liãûu H
2
dng sàõp hãút, phn ỉïng täøng håüp He s úu dáưn,
ạp lỉûc bỉïc xả bãn trong khäng â mảnh âãø cán bàòng lỉûc nẹn do háúp
dáùn, khiãún thãø têch co lải. Khi co lải, khê He bãn trong bë nẹn nãn nhiãût

âäü tàng dáưn, cho âãún khi âảt tåïi nhiãût âäü 10
8
K, s xy ra phn ỉïng
täøng håüp nhán Cacbon tỉì He :
3He
4
→ C
12
+ q (1.4)
Phn ỉïng ny xy ra åí nhiãût âäü cao, täúc âäü låïn, nãn thåìi gian
chạy He chè bàòng 1/30 thåìi gian chạy H
2
khong 300 triãûu nàm. Nhiãût
sinh ra trong phn ỉïng lm tàng ạp sút bỉïc xả, khiãún ngäi sao nåí ra
hng tràm láưn so våïi trỉåïc. Lục ny màût ngoi sao nhiãût âäü khong

9

4000K, cọ mu â, nãn gi l sao â khäøng läư. Vo thåìi âiãøm l sao
â khäøng läư, Màût tråìi s nút chỉíng sao Thy v sao Kim, nung Trại
âáút âãún 1500K thnh mäüt hnh tinh nọng chy, kãút thục sỉû säúng tải
âáy.
Kãút thục quạ trçnh chạy He, ạp lỉûc trong sao gim, lỉûc háúp dáùn
ẹp sao co lải, lm máût âäü v nhiãût âäü tàng lãn, âãún T= 5.10
6
K s xy ra
phn ỉïng tảo Oxy:

4C
12

→ 3O
16
+ q (1.5)
Quạ trçnh chạy xy ra nhỉ trãn, våïi täúc âäü tàng dáưn v thåìi gian
ngàõn dáưn. Chu trçnh chạy - tàõt - nẹn - chạy âỉåüc tàng täúc, liãn tiãúp thỉûc
hiãûn cạc phn ỉïng tảo ngun täú måïi O
16
-> Ne
20
-> Na
22
-> Mg
24
->
Al
26
-> Si
28
-> P
30
-> S
32
->... -> Cr
52
-> Mn
54
-> Fe
56
Cạc phn ỉïng trãn â tảo ra hån 20 ngun täú, táûn cng l Fe
56

(gäưm 26 proton v 30 netron), ton bäü quạ trçnh âỉåüc tàng täúc, xy ra
chè trong vi triãûu nàm.
Sau khi tảo ra Fe
56
, chùi phn ỉïng hảt nhán trong ngäi sao kãút
thục, vç viãûc täøng håüp sàõt thnh ngun täú nàûng hån khäng cọ âäüü hủt
khäúi lỉåüng, khäng phạt sinh nàng lỉåüng, m cáưn phi cáúp thãm nàng
lỉåüng.

1.3. TRẠI ÂÁÚT V KHÊ QUØN CA TRẠI ÂÁÚT

Trại âáút âỉåüc hçnh thnh cạch âáy gáưn 5 t nàm tỉì mäüt vnh âai
bủi khê quay quanh Màût tråìi, kãút tủ thnh mäüt qu cáưu xäúp tỉû xoay v
quay quanh Màût tråìi. Lỉûc háúp dáùn ẹp qu cáưu co lải, khiãún nhiãût âäü nọ
tàng lãn hng ngn âäü, lm nọng chy qu cáưu, khi âọ cạc ngun täú
nàûng nhỉ Sàõt v Niken chçm dáưn vo tám tảo li qu âáút, xung quanh
l magma lng, ngoi cng l khê quøn så khai gäưm H
2
, He, H
2
O,
CH
4
, NH
3
v H
2
SO
4

. Trại âáút tiãúp tủc quay, ta nhiãût v ngüi dáưn.
Cạch âáy 3,8 t nàm nhiãût âäü Trại âáút â ngüi âãø Silicat näøi lãn trãn

10

màût magma räưi âäng cỉïng lải, tảo ra v trại âáút dy khong 25km, våïi
nụi cao, âáút bàòng v häú sáu. Nàng lỉåüng phọng xả trong lng âáút våïi
bỉïc xả Màût tråìi tiãúp tủc gáy ra cạc biãún âäøi âëa táưng, v tảo ra thãm
H
2
O, N
2
, O
2
, CO
2
trong khê quøn. Khê quøn ngüi dáưn âãún âäü nỉåïc
ngỉng tủ, gáy ra mỉa kẹo di hnh triãûu nàm, tảo ra säng häư, biãøn v
âải dỉång.
Cạch âáy gáưn 2 t nàm, nhỉỵng sinh váût âáưu tiãn xút hiãûn trong
nỉåïc, sau âọ phạt triãøn thnh sinh váût cáúp cao v tiãún hoạ thnh ngỉåìi.
Trại âáút, hnh tinh thỉï 3 tênh tỉì Màût tråìi, cng våïi Màût tràng,
mäüt vãû tinh duy nháút tảo ra mäüt hãû thäúng hnh tinh kẹp âàûc biãût. Trại
âáút l hnh tinh låïn nháút trong säú cạc hnh tinh bãn trong ca hãû màût
tråìi våïi âỉåìng kênh åí xêch âảo 12.756 km. Nhçn tỉì khäng gian, Trại
âáút cọ mu xanh, náu v xanh lạ cáy våïi nhỉỵng âạm máy tràõng thỉåìng
xun thay âäøi. Bãư màû
t Trại âáút cọ mäüt âàûc tênh m khäng mäüt hnh
tinh no khạc cọ: hai trảng thại ca váût cháút cng täưn tải bãn nhau åí c
thãø ràõn v thãø lng. Vng ranh giåïi giỉỵa biãøn v âáút liãưn l nåi duy

nháút trong v trủ cọ váût cháút hiãûn hỉỵu äøn âënh trong c 3 thãø ràõn, lng
v khê.
Hnh tinh trại âáút di chuøn trãn mäüt qu âảo gáưn ellip, Màût
tråìi khäng åí tám ca ellip, m l tải 1 trong 2 tiãu âiãøm. Trong thåìi
gian mäüt nàm, cọ khi Trại âáút gáưn, cọ khi xa Màût tråìi âäi chụt, vç qu
âảo ellip ca nọ gáưn nhỉ hçnh trn. Hng nàm, vo thạng giãng, Trại
âáút gáưn Màût tråìi hån so våïi vo thạ
ng 7 khong 5 triãûu km, sỉû sai biãût
ny quạ nh so våïi khong cạch màût tråìi âãún Trại âáút. Chụng ta khäng
cm nháûn âỉåüc sỉû khạc biãût ny trong mäüt vng quay ca Trại âáút
quanh Màût tråìi, hay trong mäüt nàm, sỉû khạc biãût vãư khong cạch ny
háưu nhỉ khäng nh hỉåíng gç âãún ma âäng v ma h trãn trại âáút, chè
cọ âiãưu l vo ma âäng chụng ta åí gáưn Màût tråìi hån so våïi ma h
chụt êt.

11

Trại âáút chuøn
âäüng quanh Màût tråìi,
âäưng thåìi nọ cng tỉû
quay quanh trủc ca
nọ. Trong thåìi gian
quay mäüt vng quanh
Màût tråìi, Trại âáút quay
365 v 1/4 vng quanh
trủc. Chuøn âäüng
quay quanh Màût tråìi
tảo nãn bäún ma,
chuøn âäüng quay
quanh trủc tảo nãn

ngy v âãm trãn Trại
âáút. Trủc quay ca Trại
âáút khäng thàóng gọc
våïi màût phàóng qu
âảo, båíi thãú chụng ta cọ ma âäng v ma h. Trại âáút quay, vç thãú
âäúi våïi chụng ta âỉïng trãn Trại âáút cọ v nhỉ cạc vç sao cäú âënh âỉåüc
gàõn chàût våïi qu cáưu báưu tråìi quay xung quanh chụng ta. Chuø
n âäüng
quay ca Trại âáút khäng quạ nhanh âãø lỉûc ly tám ca nọ cọ thãø bàõn
chụng ta ra ngoi khäng gian. Lỉûc ly tám tạc dủng lãn mi váût cng
quay theo Trại âáút, nhỉng vä cng nh. Lỉûc ly tám låïn nháút åí xêch âảo
nọ kẹo mi váût thãø lãn phêa trãn v lm chụng nhẻ âi chụt êt. Vç thãú,
mi váût thãø åí xêch âảo cán nhẻ hån nàm pháưn ngn so våïi åí hai cỉûc.
Háûu qu ca chuøn âäüng quay lm cho Trại âáút khäng cn âụng l
qu cáưu trn âãưu nỉỵa m lỉûc ly tám lm cho nọ phçnh ra åí xêch âảo
mäüt chụt (hçnh 1.3). Sỉû sai khạc ny thỉûc ra khäng âạng kãø, bạn kênh
Trại âáút åí xêch âảo l 6.378.140km, låïn hån khong cạch tỉì
2 cỉûc âãún
tám Trại âáút l gáưn 22km.



Hçnh 1.3. Trại âáút
Cỉûc Nam
Cỉûc Bàõc
Xêch âảo

12

Sỉû säúng chè hiãûn hỉỵu duy nháút trãn Trại âáút. Trãn cạc hnh tinh

khạc gáưn chụng ta nháút nhỉ sao Kim thç quạ nọng v sao Ha quạ
lảnh. Nỉåïc trãn sao Kim nay â bäúc thnh håi nỉåïc, cn nỉåïc trãn sao
Ho â âọng thnh bàng bãn dỉåïi bãư màût ca nọ. Chè cọ hnh tinh ca
chụng ta l ph håüp cho nỉåïc åí thãø lng våïi nhiãût âäü tỉì 0
o
C âãún
100
o
C.
Xung quanh Trại âáút cọ låïp khê quøn dy khong H = 800km
chỉïa N
2
, O
2
, H
2
O, CO
2
, NO
x
, H
2
, He, Ar, Ne. Ạp sút v khäúi lỉåüng
riãng ca khê quøn gim dáưn våïi âäü cao y theo quy lût:
p(y) = p
0
.(1 - (g/(C
p
.T
0

)).y)
Cp/R
(1.6)
ρ(y) = ρ
0
(1 - (g/(C
p
.T
0
)).y)
Cv/R
(1.7)
Khê quøn tạc âäüng âãún nhiãût âäü trãn hnh tinh ca chụng ta.
Cạc vủ phun tro nụi lỉía cng våïi cạc hoảt âäüng ca con ngỉåìi lm
nh hỉåíng âãún cạc thnh pháưn cáúu tảo ca khê quøn. Vç thãú, hãû sinh
thại trãn hnh tinh chụng ta l kãút qu ca sỉû cán bàòng mong manh
giỉỵa cạc nh hỉåíng khạc nhau. Trong quạ khỉï, hãû sinh thại ny l mäüt
hãû thäúng cán bàòng tỉû âiãưu chènh, nhỉng ngy nay do tạc âäüng ca con
ngỉåìi cọ thãø âang l ngun nhán lm vỉåüt qua trảng thại cán bàòng
ny.
Låïp khäng khê bao quanh Trại âáút cọ thãø têch khong 270 triãûu
km
3
v nàûng khong 5.300 t táún â lãn thán thãø chụng ta. Nhỉỵng gç
m chụng ta cm nháûn âỉåüc chè xy ra trong táưng tháúp nháút, cao
khong 18km ca cäüt khäng khê khäøng läư ny, tuy nhiãn, pháưn nh
ny lải âọng vai tr quan trng nháút âäúi våïi sỉû säúng trãn hnh tinh ca
chụng ta.
Trong khäng khê chỉïa khong 78% phán tỉí nitå v 21% oxy
cng våïi 1% argon v mäüt säú cháút khê khạc v håi nỉåïc trong âọ cọ

khong 0,03% khê cạcbonic. Màûc dáưu hm lỉåüng khê cạcbonic ráút nh,
nhỉng lải âọng mäüt vai tr quan trng âäúi våïi sỉû säúng trãn trại âáút.

13

Caỡng lón cao aùp suỏỳt khọng khờ giaớm vaỡ nhióỷt õọỹ cuợng thay õọứi rỏỳt
nhióửu, tuy nhión nhióỷt õọỹ cuớa khọng khờ khọng haỷ xuọỳng mọỹt caùch õồn
giaớn khi chuùng ta tióỳn ra ngoaỡi khọng gian, nhióỷt õọỹ khọng khờ giaớm
vaỡ tng theo mọỹt chu trỗnh nhỏỳt õởnh (hỗnh 1.4). Nhióỷt õọỹ ồớ mọựi tỏửng
tổồng ổùng vồùi mổùc tờch tuỷ vaỡ loaỷi nng lổồỹng taùc õọỹng trong tỏửng õoù.
Khờ quyóứn cuớa Traùi õỏỳt coù thóứ chia laỡm 4 tỏửng, trong õoù mọựi tỏửng
coù mọỹt kióứu cỏn bũng nng lổồỹng khaùc nhau. Tỏửng dổồùi cuỡng nhỏỳt goỹi
laỡ tỏửng õọỳi lổu (Troposphere) tỏửng naỡy bở chi phọỳi bồới aùnh saùng khaớ
kióỳn vaỡ tia họửng ngoaỷi, gỏửn 95% tọứng sọỳ khọỳi lổồỹng vaỡ toaỡn bọỹ nổồùc
trong khờ quyóứn phỏn bọỳ
trong tỏửng naỡy tỏửng õọỳi lổu cao chố khoaớng
14km. Gỏửn nhổ toaỡn bọỹ sổỷ trao õọứi nng lổồỹng giổợa khờ quyóứn vaỡ Traùi
õỏỳt xaớy ra trong tỏửng naỡy. Mỷt õỏỳt vaỡ mỷt bióứn bở hỏm noùng lón bồới



Hỗnh 1.4. Sổỷ thay õọứi nhióỷt õọỹ theo õọỹ cao cuớa caùc tỏửng khờ quyóứn.
Thổồỹng tỏửng khờ quyóứn
(K)
Quyóứn t
ổỡ
Tỏửng õióỷn ly
Tỏửng giổợ
a
Tỏửng bỗnh lổu

Tỏửng õọỳi lổu

14

ạnh nàõng Màût tråìi. Nhiãût âäü trung bçnh trãn bãư màût Trại âáút khong
15
o
C, bỉïc xả nhiãût âọng vai tr âiãưu tiãút tỉû nhiãn âãø giỉỵ cho nhiãût âäü
trãn màût âáút chè thay âäøi trong mäüt di táưng hẻp.
Theo l thuút, cng lãn cao nhiãût âäü cng gim T(y) = T
0
-
(g/Cp).y, nhỉng trong thỉûc tãú thç khäng âụng nhỉ váûy. Trãn táưng âäúi
lỉu l táưng bçnh lỉu (Stratosphere), tải âáy nhiãût âäü bàõt âáưu tàng tråí
lải. Nhiãût âäü tải vng chuøn tiãúp giỉỵa vng âäúi lỉu v vng bçnh lỉu
khong -50
o
C, cng lãn cao nhiãût âäü lải tàng dáưn, tải ranh giåïi ca
táưng bçnh lỉu cọ âäü cao khong 50km nhiãût âäü tàng lãn khong 0
o
C.
Ngun nhán gáy ra hiãûn tỉåüng ny l vç cạc phán tỉí oxy (O
2
) v ozon
(O
3
) háúp thủ mäüt pháưn cạc tia cỉûc têm âãún tỉì Màût tråìi (90% ozon trong
khê quøn chỉïa trong táưng bçnh lỉu). Nãúu táút c cạc tia cỉûc têm ny cọ
thãø âãún màût âáút thç sỉû säúng trãn Trại âáút cọ nguy cå bë hy diãût. Mäüt
pháưn nh tia cỉûc têm bë háúp thủ båíi O

2
trong táưng bçnh lỉu, quạ trçnh
ny tạch mäüt phán tỉí O
2
thnh 2 ngun tỉí O, mäüt säú ngun tỉí O
phn ỉïng våïi phán tỉí O
2
khạc âãø tảo thnh O
3
. Màûc dáưu chè mäüt pháưn
triãûu phán tỉí trong khê quøn l äzän nhỉng cạc phán tỉí êt i ny cọ
kh nàng háúp thủ háưu hãút ạnh sạng cỉûc têm trỉåïc khi chụng âãún âỉåüc
màût âáút. Cạc photon trong ạnh sạng cỉûc têm chỉïa nàng lỉåüng låïn gáúp 2
âãún 3 láưn cạc photon trong ạnh sạng kh kiãún, chụng l mäüt trong cạc
ngun nhán gáy bãûnh ung thỉ da.
Cạc kãút qu nghiãn cỉïu gáưn âáy cho tháúy lỉåüng äzän trong táưng
tháúp nháút ca khê quøn (táưng âäúi lỉu) ngy cng tàng, trong khi âọ
hm lỉåüng ozon trong táưng bçnh lỉu â bë gim 6% tỉì 20 nàm tråí lải
âáy. Háûu qu ca sỉû suy gim ny l cạc tia cỉûc têm cọ thãø xun qua
khê quøn âãún màût âáút ngy nhiãưu hån v
lm nhiãût âäü trong táưng bçnh
lỉu ngy cng lảnh âi, trong khi âọ nhiãût âäü trong táưng âäúi lỉu ngy
mäüt nọng lãn do hm lỉåüng äzän gáưn màût âáút ngy cng tàng.

15

Trong tỏửng giổợa (Mesosphere), coù õọỹ cao tổỡ 50km trồớ lón, ozon
thỗnh lỗnh moớng ra vaỡ nhióỷt õọỹ giaớm dỏửn vaỡ lón õóỳn ranh giồùi cao nhỏỳt
cuớa tỏửng naỡy (khoaớng 80km) thỗ nhióỷt õọỹ chố khoaớng -90
o

C.
Caỡng lón cao nhióỷt õọỹ bừt õỏửu tng trồớ laỷi vaỡ sổỷ cỏỳu taỷo cuớa khờ
quyóứn thay õọứi hoaỡn toaỡn. Trong khi ồớ tỏửng dổồùi caùc quaù trỗnh cồ hoỹc
vaỡ trong tỏửng giổợa caùc quaù trỗnh hoaù hoỹc xaớy ra rỏỳt tióu bióứu, thỗ trong
tỏửng cao nhỏỳt cuớa khờ quyóứn caùc quaù trỗnh dióựn ra rỏỳt khaùc bióỷt. Nhióỷt
lổồỹng bổùc xaỷ rỏỳt maỷnh cuớa mỷt trồỡi laỡm taùch caùc phỏn tổớ ra õóứ taỷo
thaỡnh caùc ion vaỡ electron. Vỗ thóỳ ngổồỡi ta goỹi tỏửng naỡy laỡ tỏửng õióỷn ly
(Ionosphere) caùc soùng õióỷn tổỡ bở phaớn xaỷ trong tỏửng naỡy.
Caỡng lón cao, bổùc xaỷ mỷt trồỡi caỡng maỷnh, ồớ õọỹ cao khoaớng
600km, nhióỷt õọỹ lón õóỳn 1000
o
C. Caỡng lón cao khờ quyóứn caỡng moớng
vaỡ khọng coù mọỹt ranh giồùi roợ raỡng phỏn bióỷt giổợa khờ quyóứn cuớa traùi
õỏỳt vaỡ khọng gian. Ngổồỡi ta thọỳng nhỏỳt rũng khờ quyóứn chuỏứn cuớa traùi
õỏỳt coù õọỹ cao 800km.

16

CHỈÅNG 2
NÀNG LỈÅÜNG BỈÏC XẢ MÀÛT TRÅÌI


2.1. BỈÏC XẢ MÀÛT TRÅÌI

Trong ton bäü bỉïc xả ca Màût tråìi, bỉïc xả liãn quan trỉûc tiãúp
âãún cạc phn ỉïng hảt nhán xy ra trong nhán màût tråìi khäng quạ 3%.
Bỉïc xả γ ban âáưu khi âi qua 5.10
5
km chiãưu dy ca låïp váût cháút Màût
tråìi bë biãún âäøi ráút mảnh. Táút c cạc dảng ca bỉïc xả âiãûn tỉì âãưu cọ
bn cháút sọng v chụng khạc nhau åí bỉåïc sọng. Bỉïc xả γ l sọng ngàõn
nháút trong cạc sọng âọ (Hçnh 2.1), tỉì tám Màût tråìi âi ra do sỉû va chảm
hồûc tạn xả m nàng lỉåüng ca chụng gim âi v báy giåì chụng ỉïng
våïi bỉïc xả cọ bỉåïc sọng di. Nhỉ váûy bỉïc xả chuøn thnh bỉïc xả
Rånghen cọ bỉåïc sọng di hån. Gáưn âãún bãư màût Màût tråìi nåi cọ nhiãût
âäü â tháúp âãø cọ thãø täư
n tải váût cháút trong trảng thại ngun tỉí v cạc
cå chãú khạc bàõt âáưu xy ra.

10exp -8
10exp -6
10exp -4 10exp -2 10exp 0 10exp 2 10exp 4
10exp 6
10exp 8 10exp 10
Tia Gamma

Tỉí ngoải
Radar, TV, Radio
Radio Radio
Sọng di
Sọng ngàõn
Bỉïc xả nhiãût
Tia Cosmic
Tia X . Gáưn xa
Tia häưng ngoải
25
Ạnh sạng trong tháúy 0.38 - 0.78
Nàng lỉåüng màût tråìi
3
ÂÄÜ DI BỈÅÏC SỌNG (
Hçnh1.1: Di bỉïc xả âiãûn tỉì

Hçnh 2.1. Di bỉïc xả âiãûn tỉì

17

ỷc trổng cuớa bổùc xaỷ mỷt trồỡi truyóửn trong khọng gian bón
ngoaỡi Mỷt trồỡi laỡ mọỹt phọứ rọỹng trong õoù cổỷc õaỷi cuớa cổồỡng õọỹ bổùc xaỷ
nũm trong daới 10
-1
- 10 àm vaỡ hỏửu nhổ mọỹt nổớa tọứng nng lổồỹng mỷt
trồỡi tỏỷp trung trong khoaớng bổồùc soùng 0,38 - 0,78 àm õoù laỡ vuỡng nhỗn
thỏỳy cuớa phọứ.
Chuỡm tia truyóửn thúng tổỡ Mỷt trồỡi goỹi laỡ bổùc xaỷ trổỷc xaỷ. Tọứng
hồỹp caùc tia trổỷc xaỷ vaỡ taùn xaỷ goỹi laỡ tọứng xaỷ. Mỏỷt õọỹ doỡng bổùc xaỷ trổỷc
xaỷ ồớ ngoaỡi lồùp khờ quyóứn, tờnh õọỳi vồùi vồùi 1m

2
bóử mỷt õỷt vuọng goùc
vồùi tia bổùc xaỷ, õổồỹc tờnh theo cọng thổùc:

(2.1)
4
0_
)100/(. TCq
TD

=
õỏy :

DT
- hóỷ sọỳ goùc bổùc xaỷ giổợa Traùi õỏỳt vaỡ Mỷt trồỡi

(2.2)
4/
2

=
TD


- goùc nhỗn mỷt trồỡi vaỡ

32 nhổ hỗnh 2.2
C
0
= 5,67 W/m

2
.K
4
- hóỷ sọỳ bổùc xaỷ cuớa vỏỷt õen tuyóỷt õọỳi
T 5762
o
K - nhióỷt õọỹ bóử mỷt Mỷt trồỡi (xem giọỳng vỏỷt õen
tuyóỷt õọỳi)
32'
149 500 000 km 1.7%
Mỷt trồỡi
Traùi õỏỳt
D = 1 390 000 km
D'= 12 700 km
Hỗnh 1.2 : Goùc nhỗn mỷt trồỡi
Hỗnh 2.2. Goùc nhỗn Mỷt trồỡi.

18

Vỏỷy
4
2
100
5762
.67,5.
4
60.360
32.14,3.2

=q
1353 W/m
2
(2.3)

Do khoaớng caùch giổợa Traùi õỏỳt vaỡ Mỷt trồỡi thay õọứi theo muỡa
trong nm nón

cuợng thay õọứi, do õoù q cuợng thay õọứi nhổng õọỹ thay
õọứi naỡy khọng lồùn lừm nón coù thóứ xem q laỡ khọng õọứi vaỡ õổồỹc goỹi laỡ
hũng sọỳ mỷt trồỡi.
Khi truyóửn qua lồùp khờ quyóứn bao boỹc quanh Traùi õỏỳt, caùc chuỡm
tia bổùc xaỷ bở hỏỳp thuỷ vaỡ taùn xaỷ bồới tỏửng ọzọn, hồi nổồùc vaỡ buỷi trong khờ
quyóứn, chố mọỹt phỏửn nng lổồỹng õổồỹc truyóửn trổỷc tióỳp tồùi Traùi õỏỳt. ỏửu
tión ọxy phỏn tổớ bỗnh thổồỡng O
2
phỏn ly thaỡnh ọxy nguyón tổớ O, õóứ
phaù vồợ lión kóỳt phỏn tổớ õoù, cỏửn phaới coù caùc photon bổồùc soùng ngừn hồn
0,18àm, do õoù caùc photon (xem bổùc xaỷ nhổ caùc haỷt rồỡi raỷc - photon)
coù nng lổồỹng nhổ vỏỷy bở hỏỳp thuỷ hoaỡn toaỡn. Chố mọỹt phỏửn caùc nguyón

tổớ ọxy kóỳt hồỹp thaỡnh caùc phỏn tổớ, coỡn õaỷi õa sọỳ caùc nguyón tổớ tổồng
taùc vồùi caùc phỏn tổớ ọxy khaùc õóứ taỷo thaỡnh phỏn tổớ ọzọn O
3
, ọzọn cuợng
hỏỳp thuỷ bổùc xaỷ tổớ ngoaỷi nhổng vồùi mổùc õọỹ thỏỳp hồn so vồùi ọxy, dổồùi
taùc duỷng cuớa caùc photon vồùi bổồùc soùng ngừn hồn 0,32àm, sổỷ phỏn taùch
O
3
thaỡnh O
2
vaỡ O xaớy ra. Nhổ vỏỷy hỏửu nhổ toaỡn bọỹ nng lổồỹng cuớa bổùc
xaỷ tổớ ngoaỷi õổồỹc sổớ duỷng õóứ duy trỗ quaù trỗnh phỏn ly vaỡ hồỹp nhỏỳt cuớa
O, O
2
vaỡ O
3
, õoù laỡ mọỹt quaù trỗnh ọứn õởnh. Do quaù trỗnh naỡy, khi õi qua
khờ quyóứn, bổùc xaỷ tổớ ngoaỷi bióỳn õọứi thaỡnh bổùc xaỷ vồùi nng lổồỹng nhoớ
hồn.
Caùc bổùc xaỷ vồùi bổồùc soùng ổùng vồùi caùc vuỡng nhỗn thỏỳy vaỡ vuỡng
họửng ngoaỷi cuớa phọứ tổồng taùc vồùi caùc phỏn tổớ khờ vaỡ caùc haỷt buỷi cuớa
khọng khờ nhổng khọng phaù vồợ caùc lión kóỳt cuớa chuùng, khi õoù caùc
photon bở taùn xaỷ khaù õóửu theo moỹi hổồùng vaỡ mọỹt sọỳ photon quay trồớ
laỷi khọng gian vuợ truỷ. Bổùc xaỷ chởu daỷng taùn xaỷ õoù chuớ yóỳu laỡ bổùc xaỷ coù

19

bổồùc soùng ngừn nhỏỳt. Sau khi phaớn xaỷ tổỡ caùc phỏửn khaùc nhau cuớa khờ
quyóứn bổùc xaỷ taùn xaỷ õi õóỳn chuùng ta mang theo maỡu xanh lam cuớa bỏửu
trồỡi trong saùng vaỡ coù thóứ quan saùt õổồỹc ồớ nhổợng õọỹ cao khọng lồùn. Caùc

gioỹt nổồùc cuợng taùn xaỷ rỏỳt maỷnh bổùc xaỷ mỷt trồỡi. Bổùc xaỷ mỷt trồỡi khi õi
qua khờ quyóứn coỡn gỷp mọỹt trồớ ngaỷi õaùng kóứ nổợa õoù laỡ do sổỷ hỏỳp thuỷ
cuớa caùc phỏửn tổớ hồi nổoùc, khờ caùcbọnic vaỡ caùc hồỹp chỏỳt khaùc, mổùc õọỹ
cuớa sổỷ hỏỳp thuỷ naỡy phuỷ thuọỹc vaỡo bổồùc soùng, maỷnh nhỏỳt ồớ khoaớng giổợa
vuỡng họửng ngoaỷ
i cuớa phọứ.
Phỏửn nng lổồỹng bổùc xaỷ mỷt trồỡi truyóửn tồùi bóử mỷt traùi õỏỳt trong
nhổợng ngaỡy quang õaợng (khọng coù mỏy) ồớ thồỡi õióứm cao nhỏỳt vaỡo
khoaớng 1000W/m
2
(Hỗnh 2.3)
1353 W/m2
1000 W/m2
Tia phaớn xaỷ
Bổùc xaỷ khuyóỳch taùn
Mỏỳt maùt do sổỷ hỏỳp thuỷ
Sổỷ phaớn xaỷ
Khờ
quyóứn
Bóử mỷt traùi õỏỳt
(Trồỡi quang õaợng)
Khoaớng khọng Vuợ truỷ

Hỗnh 2.3. Quaù trỗnh truyóửn nng lổồỹng bổùc xaỷ mỷt trồỡi qua
lồù
p khờ quyóứn cuớa Traùi õỏỳt.

20

Yóỳu tọỳ cồ baớn xaùc õởnh cổồỡng õọỹ cuớa bổùc xaỷ mỷt trồỡi ồớ mọỹt õióứm

naỡo õoù trón Traùi õỏỳt laỡ quaợng õổồỡng noù õi qua. Sổỷ mỏỳt maùt nng lổồỹng
trón quaợng õổồỡng õoù gừn lióửn vồùi sổỷ taùn xaỷ, hỏỳp thuỷ bổùc xaỷ vaỡ phuỷ
thuọỹc vaỡo thồỡi gian trong ngaỡy, muỡa, vở trờ õởa lyù. Caùc muỡa hỗnh thaỡnh
laỡ do sổỷ nghióng cuớa truỷc traùi õỏỳt õọỳi vồùi mỷt phúng quyợ õaỷo cuớa noù
quanh Mỷt trồỡi gỏy ra. Goùc nghióng vaỡo khoaớng 66,5
o
vaỡ thổỷc tóỳ xem
nhổ khọng õọứi trong khọng gian. Sổỷ õởnh hổồùng nhổ vỏỷy cuớa truỷc quay
traùi õỏỳt trong chuyóứn õọỹng cuớa noù õọỳi vồùi Mỷt trồỡi gỏy ra nhổợng sổỷ dao
õọỹng quan troỹng vóử õọỹ daỡi ngaỡy vaỡ õóm trong nm.

2.2. TấNH TOAẽN NNG LặĩNG MT TRèI

Cổồỡng õọỹ bổùc xaỷ mỷt trồỡi trón mỷt õỏỳt chuớ yóỳu phuỷ thuọỹc 2 yóỳu
tọỳ: goùc nghióng cuớa caùc tia saùng õọỳi vồùi mỷt phúng bóử mỷt taỷi õióứm õaợ
cho vaỡ õọỹ daỡi õổồỡng õi cuớa caùc tia saùng trong khờ quyóứn hay noùi chung
laỡ phuỷ thuọỹc vaỡo õọỹ cao cuớa Mỷt trồỡi (Goùc giổợa phổồng tổỡ õióứm quan
saùt õóỳn Mỷt trồỡi vaỡ mỷt phúng nũm ngang õi qua õióứm õoù). Yóỳu tọỳ cồ
baớn xaùc õởnh cổồỡng õọỹ cuớa bổùc xaỷ mỷt trồỡi ồớ mọỹt õióứm naỡo õoù trón
Traùi õỏỳt laỡ quaợng õổồỡng noù õi qua. Sổỷ mỏỳt maùt nng lổồỹng trón quaợng
õổồỡng õoù gừn lióửn vồùi sổỷ
taùn xaỷ, hỏỳp thuỷ bổùc xaỷ vaỡ phuỷ thuọỹc vaỡo thồỡi
gian trong ngaỡy, muỡa, vở trờ õởa lyù.
Quan hóỷ giổợa bổùc xaỷ mỷt trồỡi ngoaỡi khờ quyóứn vaỡ thồỡi gian
trong nm coù thóứ xaùc õởnh theo phổồng trỗnh sau:
E
ng
= E
o
(1+0, 033cos

365
360n
), W/m
2
(2.4)
trong õoù, E
ng
laỡ bổùc xaỷ ngoaỡi khờ quyóứn õổồỹc õo trón mỷt phúng vuọng
goùc vồùi tia bổùc xaỷ vaỡo ngaỡy thổù n trong nm.

2.2.1. Tờnh toaùn goùc tồùi cuớa bổùc xaỷ trổỷc xaỷ
Trong quaù trỗnh tờnh toaùn cỏửn õởnh nghộa mọỹt sọỳ khaùi nióỷm nhổ sau:

21

- Hóỷ sọỳ khọỳi khọng khờ m, laỡ tyớ sọỳ giổợa khọỳi lổồỹng khờ quyóứn theo
phổồng tia bổùc xaỷ truyóửn qua vaỡ khọỳi lổồỹng khờ quyóứn theo phổồng
thúng õổùng (tổùc laỡ khi Mỷt trồỡi ồớ thión õốnh). Nhổ vỏỷy m =1 khi Mỷt
trồỡi ồớ thión õốnh, m =2 khi goùc thión õốnh
z
laỡ 60
0
. ọỳi vồùi caùc goùc
thión õốnh tổỡ 0-70
0
coù thóứ xaùc õởnh gỏửn õuùng m =1/cos
z
. Coỡn õọỳi vồùi
caùc goùc
z

>70
0
thỗ õọỹ cong cuớa bóử mỷt traùi õỏỳt phaới õổồỹc õổa vaỡo tờnh
toaùn. Rióng õọỳi vồùi trổồỡng hồỹp tờnh toaùn bổùc xaỷ mỷt trồỡi ngoaỡi khờ
quyóứn m =0.
- Trổỷc xaỷ: laỡ bổùc xaỷ mỷt trồỡi nhỏỷn õổồỹc khi khọng bở bỏửu khờ quyóứn
phaùt taùn. ỏy laỡ doỡng bổùc xaỷ coù hổồùng vaỡ coù thóứ thu õổồỹc ồớ caùc bọỹ thu
kióứu tỏỷp trung (họỹi tuỷ).
- Taùn xaỷ: laỡ bổùc xaỷ mỷt trồỡi nhỏỷn õổồỹc sau khi hổồùng cuớa noù õaợ bở thay
õọứi do sổỷ phaùt taùn cuớa bỏửu khờ quyóứn (trong mọỹt sọỳ taỡi lióỷu khờ tổồỹng,
taùn xaỷ coỡn õổồỹc goỹi laỡ bổùc xaỷ cuớa bỏửu trồỡi, ồớ õỏy cỏửn phỏn bióỷ
t taùn xaỷ
cuớa mỷt trồỡi vồùi bổùc xaỷ họửng ngoaỷi cuớa bỏửu khờ quyóứn phaùt ra).
- Tọứng xaỷ: laỡ tọứng cuớa trổỷc xaỷ vaỡ taùn xaỷ trón mọỹt bóử mỷt (phọứ bióỳn nhỏỳt
laỡ tọứng xaỷ trón mọỹt bóử mỷt nũm ngang, thổồỡng goỹi laỡ bổùc xaỷ cỏửu trón
bóử mỷt).
- Cổồỡng õọỹ bổùc xaỷ (W/m
2
): laỡ cổồỡng õọỹ nng lổồỹng bổùc xaỷ mỷt trồỡi õóỳn
mọỹt bóử mỷt tổồng ổùng vồùi mọỹt õồn vở dióỷn tờch cuớa bóử mỷt. Cổồỡng õọỹ
bổùc xaỷ cuợng bao gọửm cổồỡng õọỹ bổùc xaỷ trổỷc xaỷ E
trx
, cổồỡng õọỹ bổùc xaỷ
taùn xaỷ E
tx
vaỡ cổồỡng õọỹ bổùc xaỷ quang phọứ E
qp
.
- Nng lổồỹng bổùc xaỷ (J/m
2

) : laỡ nng lổồỹng bổùc xaỷ mỷt trồỡi truyóửn tồùi
mọỹt õồn vở dióỷn tờch bóử mỷt trong mọỹt khoaớng thồỡi gian, nhổ vỏỷy nng
lổồỹng bổùc xaỷ laỡ mọỹt õaỷi lổồỹng bũng tờch phỏn cuớa cổồỡng õọỹ bổùc xaỷ
trong mọỹt khoaớng thồỡi gian nhỏỳt õởnh (thổồỡng laỡ 1 giồỡ hay 1 ngaỡy).
- Giồỡ mỷt trồỡi : laỡ thồỡi gian dổỷa trón chuyóứn õọỹng bióứu kióỳn cuớa mỷt
trồỡi trón bỏửu trồỡi, vồùi quy ổồùc giồỡ mỷt trồỡi chờnh ngoỹ laỡ thồỡi õióứm mỷt
trồỡi õi qua thión õốnh cuớa ngổồỡi quan saùt. Giồỡ mỷt trồỡi laỡ thồỡi gian

22

õổồỹc sổớ duỷng trong moỹi quan hóỷ vóử goùc mỷt trồỡi, noù khọng õọửng nghộa
vồùi giồỡ theo õọửng họử.
Quan hóỷ hỗnh hoỹc giổợa mọỹt mỷt phúng bọỳ trờ bỏỳt kyỡ trón mỷt õỏỳt vaỡ bổùc
xaỷ cuớa mỷt trồỡi truyóửn tồùi, tổùc laỡ vở trờ cuớa mỷt trồỡi so vồùi mỷt phúng õoù
coù thóứ õổồỹc xaùc õởnh theo caùc goùc õỷc trổng sau (hỗnh 2.4.);
- Goùc vộ õọỹ

: vở trờ goùc tổồng ổùng vồùi vộ õọỹ vóử phờa bừc hoỷc vóử phờa
nam õổồỡng xờch õaỷo traùi õỏỳt, vồùi hổồùng phờa bừc laỡ hổồùng dổồng.
- 90
0
90
0
- Goùc nghióng

: goùc giổợa mỷt phúng cuớa bóử mỷt tờnh toaùn vaỡ phổồng
nũm ngang.
Mặt
trời

z
z
z

N
B
Đ
T
Thiên
đỉnh
Pháp tuyến từ mặt
phẳng nằm ngang



Hỗnh 2.4. Quan hóỷ caùc goùc hỗnh hoỹc cuớa tia bổùc xaỷ mỷt trồỡi
trón mỷt phúng nghióng.
0

180
0
( > 90
0
nghộa laỡ bóử mỷt nhỏỷn bổùc xaỷ hổồùng xuọỳng phờa dổồùi).

23

- Goùc phổồng vở cuớa bóử mỷt

: goùc lóỷch cuớa hỗnh chióỳu phaùp tuyóỳn bóử
mỷt trón mỷt phúng nũm ngang so vồùi õổồỡng kinh tuyóỳn. Goùc = 0
nóỳu bóử mỷt quay vóử hổồùng chờnh nam, lỏỳy dỏỳu (+) nóỳu bóử mỷt quay
vóử phờa tỏy vaỡ lỏỳy dỏỳu (-) nóỳu bóử mỷt quay vóử phờa õọng.
-180
0
180
0
- Goùc giồỡ

: goùc chuyóứn õọỹng cuớa vở trờ mỷt trồỡi vóử phờa õọng hoỷc
phờa tỏy cuớa kinh tuyóỳn õởa phổồng do quaù trỗnh quay cuớa traùi õỏỳt
quanh truỷc cuớa noù vaỡ lỏỳy giaù trở 15
0
cho 1 giồỡ õọửng họử, buọứi saùng lỏỳy
dỏỳu (-), buọứi chióửu lỏỳy dỏỳu (+).
- Goùc tồùi

: goùc giổợa tia bổùc xaỷ truyóửn tồùi bóử mỷt vaỡ phaùp tuyóỳn cuớa
bóử mỷt õoù.
- Goùc thión õốnh

z
: goùc giổợa phổồng thúng õổùng (thión õốnh) vaỡ tia
bổùc xaỷ tồùi. Trong trổồỡng hồỹp bóử mỷt nũm ngang thỗ goùc thión õốnh
chờnh laỡ goùc tồùi .
- Goùc cao mỷt trồỡi

: goùc giổợa phổồng nũm ngang vaỡ tia bổùc xaỷ
truyóửn tồùi, tổùc laỡ goùc phuỷ cuớa goùc thión õốnh.
- Goùc phổồng vở mỷt trồỡi

s
: goùc lóỷch so vồùi phổồng nam cuớa hỗnh
chióỳu tia bổùc xaỷ mỷt trồỡi truyóửn tồùi trón mỷt phúng nũm ngang. Goùc
naỡy lỏỳy dỏỳu ỏm (-) nóỳu hỗnh chióỳu lóỷch vóử phờa õọng vaỡ lỏỳy dỏỳu dổồng
(+) nóỳu hỗnh chióỳu lóỷch vóử phờa tỏy.
- Goùc lóỷch

: vở trờ goùc cuớa mỷt trồỡi tổồng ổùng vồùi giồỡ mỷt trồỡi laỡ 12
giồỡ (tổùc laỡ khi Mỷt trồỡi õi qua kinh tuyóỳn õởa phổồng) so vồùi mỷt
phúng cuớa xờch õaỷo traùi õỏỳt, vồùi hổồùng phờa bừc laỡ hổồùng dổồng.
-23,45
0
23,45
0
(2.5)
Goùc lóỷch coù thóứ tờnh toaùn theo phổồng trỗnh cuớa Cooper:
= 23,45.sin(360
365
284 n
+
) (2.6)
trong õoù n laỡ thổù tổỷ ngaỡy cuớa 1 nm.
Quan hóỷ giổợa caùc loaỷi goùc õỷc trổng ồớ trón coù thóứ bióứu dióựn
bũng phổồng trỗnh giổợa goùc tồùi vaỡ caùc goùc khaùc nhổ sau:

24

cos = sin.sin. cos - sin.cos. sin.cos +
cos.cos.cos.cos + cos.sin.sin.cos.cos + cos.sin.sin.sin
vaỡ: cos = cos
z
.cos + sin
z
.sin.cos(
s
- ) (2.7)
ọỳi vồùi bóử mỷt nũm ngang goùc tồùi chờnh laỡ goùc thión õốnh cuớa
mỷt trồỡi
z
, giaù trở cuớa noù phaới nũm trong khoaớng 00 vaỡ 900 tổỡ khi mỷt
trồỡi moỹc õóỳn khi Mỷt trồỡi ồớ thión õốnh ( = 0):
cos
z
= cos.cos.cos + sin.sin (2.8)
2.2.2. Bổùc xaỷ mỷt trồỡi ngoaỡi khờ quyóứn lón mỷt phúng nũm ngang
Taỷi thồỡi õióứm bỏỳt kyỡ, bổùc xaỷ mỷt trồỡi õóỳn mọỹt bóử mỷt nũm
ngang ngoaỡi khờ quyóứn õổồỹc xaùc õởnh theo phổồng trỗnh:

zongo
n
EE

cos.
365
.360

cos.033.01
.






+=
(2.9)

Thay giaù trở cos
z
vaỡo phổồng trỗnh trón ta coù E
o.ng
taỷi thồỡi õióứm
bỏỳt kyỡ tổỡ luùc mỷt trồỡi moỹc õóỳn luùc mỷt trồỡi lỷn:

()

sin.sincos.cos.cos
365
360
cos.033.01
.
+

+=
n
EE
ongo
(2.10)
Tờch phỏn phổồng trỗnh naỡy theo thồỡi gian tổỡ khi Mỷt trồỡi moỹc
õóỳn khi Mỷt trồỡi lỷn (6h õóỳn 18h mỷt trồỡi), ta seợ õổồỹc E
o. ngay
laỡ nng
lổồỹng bổùc xaỷ mỷt trồỡi trón mỷt phúng nũm ngang trong mọỹt ngaỡy:






+






+=

sin.sin
180
sin.cos.cos
365
360
cos.033.01
3600.24
.
s
s
o
ngayo
n
E
E
(2.11)
vồùi
z
laỡ goùc giồỡ mỷt trồỡi lỷn (
0
) (tổùc laỡ goùc giồỡ khi
z
= 90
0
)




tgtg

s
.
cos.cos
sin.sin
cos ==
(2.12)
Ngổồỡi ta cuợng xaùc õởnh nng lổồỹng bổùc xaỷ ngaỡy trung bỗnh
thaùng E
oth
bũng caùch thay giaù trở n vaỡ trong caùc cọng thổùc trón lỏỳy
bũng giaù trở ngaỡy trung bỗnh cuớa thaùng vaỡ õọỹ lóỷch tổồng ổùng.
Nng lổồỹng bổùc xaỷ trón mỷt phúng nũm ngang trong mọỹt giồỡ
nhỏỳt õởnh coù thóứ xaùc õởnh:

25


()
( )







+

+=




sin.sin
180
sinsincos.cos
365
360
033.01
3600112
12
21.
n
E
x
E
ogioo

(2.13)
2.2.3. Tọứng cổồỡng õọỹ bổùc xaỷ mỷt trồỡi lón bóử mỷt trón Traùi õỏỳt
Tọứng bổùc xaỷ mỷt trồỡi lón mọỹt bóử mỷt õỷt trón mỷt õỏỳt bao gọửm
hai phỏửn chờnh õoù laỡ trổỷc xaỷ vaỡ taùn xaỷ. Phỏửn trổỷc xaỷ õaợ õổồỹc khaớo saùt ồớ
trón, coỡn thaỡnh phỏửn taùn xaỷ thỗ khaù phổùc taỷp. Hổồùng cuớa bổùc xaỷ
khuóỳch taùn truyóửn tồùi bóử mỷt laỡ haỡm sọỳ cuớa õọỹ mỏy vaỡ õọỹ trong suọỳt
cuớa khờ quyóứn, caùc õaỷi lổồỹng naỡy laỷi thay õọứi khaù nhióửu. Coù thóứ xem

bổùc xaỷ taùn xaỷ laỡ tọứng hồỹp cuớa 3 thaỡnh phỏửn (hỗnh 2.5.);
- Thaỡnh phỏử
n taùn xaỷ õúng hổồùng: phỏửn taùn xaỷ nhỏỷn õổồỹc õọửng õóửu tổỡ
toaỡn bọỹ voỡm trồỡi.
- Thaỡnh phỏửn taùn xaỷ quanh tia: phỏửn taùn xaỷ bở phaùt taùn cuớa bổùc xaỷ mỷt
trồỡi xung quanh tia mỷt trồỡi.
- Thaỡnh phỏửn taùn xaỷ chỏn trồỡi: phỏửn taùn xaỷ tỏỷp trung gỏửn õổồỡng chỏn
trồỡi.
thành phần tán
xạ đẳng huớng
thành phần tán
xạ chân trời
thành phần tán
xạ quanh tia
Tia trực xạ

Hỗnh 2.5. Sồ õọử phỏn bọỳ caùc thaỡnh phỏửn bổùc xaỷ khuóỳch taùn.

26