|
|
|
De actinometer (van de oude Griekse "straal" en -meter "maat" van Aktinos) is een instrument dat de energie-intensiteit meet van straling die
wordt uitgezonden door de zon of meer in het algemeen door een andere lichtbron1. Het apparaat, uitgevonden in 1825 door John Herschel,
wordt gebruikt in verschillende disciplines, waaronder astronomie, fotografie en meteorologie.
Het is een radiometer die vanaf het aardoppervlak de componenten van de stralingsbalans in het zichtbare en nabij-infrarode spectrum evalueert, evenals die van straling die in het infrarood
wordt uitgezonden door de aarde en haar atmosfeer3. Een actinometer met een recorder wordt een actinograaf genoemd. Het produceert een grafiek die een actinogram wordt genoemd en de studie van deze gegevens is actinometrie, een speciale tak van radiometrie. |
| Herschel Actinometer |
De actinometer die eind jaren 1870 in Engeland algemeen werd gebruikt, is de Herschel-thermometer. Het bestaat uit een kwikthermometer
waarvan het bolvormige reservoir zwart is gemaakt
tot rook en is ingesloten in een glazen buis die aan het uiteinde is opgezwollen tot een kleine ballon. Er wordt een vacuüm gecreëerd in het omhulsel rond de thermometer en het midden van
de kolf valt samen met het midden van het reservoir. Het instrument ligt meestal op het oppervlak van open gras en uit de buurt van
beschutting. De opwarming door zonnesteek is evenredig
met de hoeveelheid straling |
 |
| 1: Herschel actinometer - Robinson & Barrow - 1842 |
|
|
 |
| 2: Violle'Actinometer 1923 |
|
|
 |
| 3: Watkins Actinometer - 1900 |
|
| Violle's Actinometer |
Jules Violle, een Franse natuurkundige die bekend staat om zijn werk op het gebied van fotometrie, straling en calorimetrie, publiceerde talrijke artikelen over de bepaling van
de effectieve temperatuur van het oppervlak van de zon dankzij metingen tijdens verschillende experimenten op de
top van de Mont Blanc, van 1871 tot 1875, met behulp van een eigen actinometer.
Hij was ook in staat om een zonneconstante te bepalen die heel dicht bij de werkelijke waarde lag (1771 vergeleken met 1368 w / m2)
Het apparaat bestaat uit twee concentrische bollen, waarvan de binnenste op een constante temperatuur wordt gehouden. Dit is mogelijk door ijs te plaatsen of een stroom
warm of koud water, of zelfs waterdamp, tussen de twee bollen te laten lopen. De twee enveloppen hebben ook twee openingen op dezelfde as waardoor de zonnestralen door het apparaat kunnen gaan en een thermometer wordt in het midden van de binnenbol geplaatst door een opening die voor dit doel is voorzien. De juiste positionering van de laatste kan worden gecontroleerd met behulp van een spiegel die is bevestigd aan de steun van de actinometer, bij de uitgangsopening van de zonnestraal.
De temperatuurverandering bij de thermometer is evenredig met de lichtstroom, die kan worden gekalibreerd met een bekende bron voordat metingen worden verricht. Violle gebruikte de empirische formule van Dulong en Petit, voorafgaand aan de wet van Planck, om vervolgens de temperatuur van het zonne-oppervlak te berekenen |
| Chemische Actinometers |
Chemische actinometers zorgen voor een energiestroom door de hoeveelheid neerslag te meten die wordt verkregen door de reactie van chemische verbindingen die aan zonlicht worden blootgesteld. Het is daarom belangrijk om in dit geval vooraf de verhouding van de productie van het neerslag ten opzichte van de invallende energie te weten.
Kaliumferrioxalaat is de meest voorkomende verbinding in een chemische actinometer omdat het gemakkelijk te gebruiken en gevoelig is voor een breed golflengtebereik
(254 tot 500 nm).
Andere verbindingen zoals groene leukocyaniden, vanadium (V) - ijzer (III) oxalaten en monochloorazijnzuur worden soms gebruikt, maar ze hebben het probleem om zelfs bij afwezigheid van licht te reageren. Verbindingen organische verbindingen, zoals butyrofenon, worden soms gebruikt en worden geanalyseerd door middel van gaschromatografie. Bepaalde verbindingen worden uiteindelijk gebruikt voor specifieke golflengten. Zo wordt meso-difenylhelianthreen gebruikt voor het zichtbare spectrum (400 tot 700 nm) |
| Thermokoppel-actinometers |
| De ontvangende oppervlakken van actinometers in de meteorologie worden beschermd door cups, waarvan het materiaal tegelijkertijd dient als een transparant filter alleen voor de gewenste golflengtebereiken: ongeveer tussen 0,3 en 3 µm voor pyrheliometers en pyranometers, tussen 0,3 en ongeveer 100 µm voor pyrradiometers. Wat betreft de stralingssensoren die in deze instrumenten worden gebruikt, ze gebruiken vaak combinaties van thermokoppels die in staat zijn om een elektromotorische kracht te produceren die varieert met de ontvangen verlichting |
| |
| Er zijn vier hoofdtypen |
- Pyrheliometers meten directe zonnestraling. Ze zijn permanent naar de zon gericht en meten straling die tijdens het passeren door de atmosfeer
geen diffusie heeft ondergaan |
- Pyranometers meten globale zonnestraling, dat wil zeggen direct en diffuus, vanuit alle richtingen reikend op een plat oppervlak
(meestal horizontaal en gericht naar het zenit |
- Pyrradiometers meten de totale straling die een plat oppervlak ontvangt vanuit alle richtingen van een halfrond: deze straling integreert
zonnestraling (direct, diffuus en naar boven gereflecteerd) en infraroodstraling van de atmosfeer en het aardse oppervlak. Het ontvangende
oppervlak kan naar het dieptepunt worden gericht om de naar boven gereflecteerde zonnestraling of infrarood door het aardoppervlak te evalueren;
of naar het zenit voor de straling van de zon en de atmosfeer. Twee omgekeerd ten opzichte van elkaar georiënteerde pyranometers geven de
som van de globale zonnestraling en atmosferische straling of hun verschil (differentiële radiometer); |
- Pyrgeometers, die tegenwoordig weinig worden gebruikt, evalueren de infraroodstraling die 's nachts door een horizontaal zwart oppervlak wordt
ontvangen. Afhankelijk van of dit oppervlak naar het dieptepunt of naar het zenit is gericht, komt de gemeten verlichting overeen met aardse
straling of met atmosferische straling. |
| |
| De verkregen stralingsgegevens (in joules per vierkante meter) worden gebruikt in verschillende meteorologische toepassingen zoals de berekening van potentiële evapotranspiratie en het bosgroeibudget. |
 |
| Pyranometer |
|
|
 |
| Net Radiometer |
|
|
 |
| Pyrheliometer |
|
|
 |
| Actinograaf |
|
De actinograaf is een registratie-actinometer, een apparaat voor het registreren van de energie van zonnestraling die op aarde wordt ontvangen,
en het actinogram is de grafische uitvoer van een actinograaf.
De oudste actinografen waren cilinders die op een horizontale as waren gemonteerd, waarvan de rotatie werd verzekerd door een uurwerkmechanisme en omgeven door een andere vaste
cilinder waarin een gleuf zat. Een fotopapier werd op de roterende cilinder geplakt en werd donker toen het de spleet passeerde, waardoor een spoor achterbleef waarvan de intensiteit afhing
van de instraling. Een dergelijk apparaat werd in 1845 door de natuurkundige Robert Hunt, secretaris van de Royal Cornwall Polytechnic Society, beschreven als een verbetering van de
heliograaf van T. B. Jordan (1839).
In 1911 ontwikkelde Arthur William Clayden van de Royal Meteorological Society en directeur van het Royal Albert Memorial University College in Exeter (Engeland) een versie voor
meteorologen om de dagelijkse zonnesteek te observeren. Zijn apparaat gebruikte twee veren, de ene zwart gemaakt en blootgesteld aan de zon, terwijl de andere wit en verborgen was,
met elkaar verbonden. De blootgestelde ene zet meer uit dan de andere, vanwege zijn verwarming, de punt van een stylus die op hun ontmoetingspunt is geplaatst, kan een lijn tekenen op een papier dat op een roterende trommel is geplaatst en zo de intensiteit van de straling met betrekking tot tijd noteren.
In 1926 ontwikkelde Robitzsch een actinograaf met behulp van de hoekverdraaiing van een zwartgeblakerde bimetaalstrip van een pyrheliometer.
De strip is gemaakt van twee verschillende metalen die aan elkaar zijn gelast en waarvan het ene uiteinde op een vast punt wordt vastgehouden. Wanneer het geheel wordt blootgesteld aan de directe zonnestralen, stijgt de temperatuur ervan, maar aangezien de twee metalen een verschillende expansiesnelheid hebben, strekt de band zich niet longitudinaal uit maar maakt eerder een curve. Door een stylus aan het vrije uiteinde van de baan
te plaatsen, kan de doorbuiging worden geregistreerd op een roterend papier op een trommel. Variaties van het laatste type met elektronische opnameapparatuur zijn nog steeds in gebruik. |
| Bronnen: 1: Science Museum, 2: Patrimoine, 3: Museon, Wikipedia-fr |
|
|
|
|
|
|
