Kuidas anemomeeter töötab?

Sisu

• Kust tuul tuleb?
• Tuuleenergia füüsika
• Anemomeetri tüübid
• Kuidas anemomeetrid töötavad
• Muud anemomeetri kasutusalad: sport

Kuigi see on midagi ebamugavat sõna, anemomeeter viitab lihtsale, kuid üllatavalt mitmekülgsele instrumendile, mida leidub kogu maailma kõige põhilisemas ilmajaamas. Tõlge kreeka keelest on sirgjooneline: "anem-" on "tuule" ja "arvesti" tähendus (üldiselt, mitte kogusena) "mõõt".

Kui mõelda sõna "ilm" enda peale, kui te ei ela kosmoses, on peaaegu üks esimesi meelde tulevaid sõnu või sensoorseid pilte peaaegu kindlasti tuul, nähtus, mis võib põhjustada katastroofilisi kahjustusi, jääb siiski peaaegu igaühe elukogemuse hinnaliseks osaks, kui usaldada luule ja kirjanduse ruume, mis uurivad selle nähtuse ulatust.

Ohutuse, puhkealase planeerimise ja ilmselge uudishimu huvides teades oma piirkonnas ilmastiku kiirust igal ajal - või vähemalt seda, millises suunas see puhub, kui te mingil põhjusel ei jõua õue, et seda oma meeli avastada, või kohast, kuhu kavatsete peagi reisida, on tõesti kasulik teave. Sel eesmärgil on saadaval palju erinevaid anemomeetri tüüpe, mõned neist tuginevad eriti nutikatele meetoditele tuulekiiruse kaudseks mõõtmiseks.

Kust tuul tuleb?

Laps rääkis, et Maa keerleb ekvaatori lähedal umbes 1000 miili tunnis ja 40 kraadi laiusel (umbes seal, kus suurem osa USA elanikkonnast on keskpunktis) umbes 800 miili tunnis, võib eeldada, et tuul tuleb lihtsast piitsutamisest objekti ümber näiliselt võimatul kiirusel. Ehkki see on intuitiivne, on tegelik pilt palju keerulisem, kuid pakub ka väärtuslikke õpetusi tuule endaga seotud, kuid sellest sõltumatute ilmastikunähtuste kohta.

Päike on Maa väga paljude protsesside ülim energiaallikas ja tuul pole erand. Tuul tuleb peamiselt Maa eri osadest, neelates päikesest erinevas koguses soojust. Seda energiat väljendatakse tuule kaudu konvektsioon, soojuse ülekandmine vedelikus liikumise kaudu. Kuumem õhk kipub tõusma, samal ajal kui jahedam õhk vajub, tekitades pidevalt pöörlevaid õhuvahetusi erinevate temperatuuridega külgnevate õhupiirkondade vahel.

Tuul tiirleb ümber maakera tuntud "ojades", mis on nagu kuulsad õhujõed: reaktiivvoolud, kaubandustuuled, polaarjoad. Tuuled liigitatakse nende konkreetsete päritoluallikate põhjal järgmiselt: geostroofilised tuuled, termilised tuuled või gradiendituuled.

Tuuleenergia füüsika

Õhul on mass, nii et liikuva õhu kineetilist energiat on võimalik arvutada nagu iga teise objekti puhul. Võrrand: kineetiline energia on KE = (1/2) mv² kus v = kiirus. (Tuule kiirus on pikka aega püsivalt konstantne, nii et tähenduslike andmete saamiseks keskmistatakse tuule kiirus tavaliselt lühikeste ajavahemike jooksul.)

Antud õhu mahu mass on selle tihedus ja maht ehk ρV. Aga tuulega võim, või energiat ajaühiku kohta, huvipakkuvaks muutujaks on "tuule massvoog" ehk see, kui palju õhku voolab üle turbiini ristlõikepinna A (sageli ringi). tuuleenergia võrrand osutub

Lk_w = (1/2) ρAv³,

mis tähendab, et võimsus suureneb tuule kiiruse kuupiga. See tähendab, et 30 MPH tuul annab 10³ = tuhat korda sama palju jõudu kui 10 MPH tuul!

(1 mi / h) = (mi / 1,609 m) (3600 s / h) = 0,447 m / s.

Anemomeetri tüübid

Te teate juba seda, mis on anemomeeter. Kuid milliseid seadmeid inimesed tuule kiirust mõõdavad granulaarsel tasemel?

Mõnikord on peamine probleem tuule suund, kiirus vähem oluline. Seda silmas pidades on lennujaamades tuule sokid, mis räägivad palju peatselt ilmast. Näiteks loodetuul (loodetuul) tähendab tavaliselt jahedamat ja kuivemat ilma, samas kui kagutuul toob sageli sooja, niiskemat õhku.

Kuidas anemomeetrid töötavad

tassi ja propeller anemomeetri stiil on, nagu märgitud, kõige levinum tüüp; õnneks on selle toimimist lihtne seletada. Kui tuul keerutab propelleri haru ümber, keerlevad tuule "püüdvad" tassid teadaoleva raadiusega ringi (2 korda π korda propellerivarsi pikkusest või ümbermõõdust) ringiga teadaoleval ajal, kui keskvarras loendatakse. Kogu vahemaa (pöörded korda ümbermõõduga) jagatud ajaga on tuule kiirus.

Muud tüüpi anemomeetrid määravad tuule kiiruse paremini kaasatud viisil. A kuuma traadi anemomeeter kasutab asjaolu, et kui õhk voolab üle objekti, mis on kuumutatud õhust soojemalt, jahutatakse see objekt, kuna soojus eemaldatakse konvektsiooni teel.

Kuumtraadiga anemomeetris puutub elektriliselt soojendatud metalltraat kokku tuulega, samal ajal kui võimsust suurendatakse või vähendatakse, et hoida traadiotsas temperatuuri ühtlasena.Seega, mida suurem on tuule kiirus, seda rohkem on termilise tasakaalu säilitamiseks vaja jõudu.

Õhurõhu mõõtmine - mida ise mõõdab seade, mida nimetatakse a baromeeter - saab kasutada ka tuulekiiruse arvutamiseks. Näiteks toru anemomeeter mõõdab õhurõhku ainult ühes otsas avatud klaastorus. Tuule kiirust saab arvutada toru sisemise ja välimise rõhu erinevusest.

Muud anemomeetri kasutusalad: sport

Rahvusvahelistel välistingimustes rajavõistlustel toimuvatel võistlustel, kus jooksjad liiguvad ühes võrgusuunas, võib tuul konkurente aidata (või takistada) ja saavutada paremaid aegu. Sel põhjusel paigutatakse anemomeeter nende sündmuste ajal raudtee äärde. Uute rekordite püstitamiseks maksimaalne lubatud tuulekiirus jooksjate suunas on 2,0 m / s, nii et kui tuule gabariit loeb igal ajal võistluse ajal sellest väärtusest kõrgemaks, on märk rekordi jaoks kõlbmatu.

Eelmisest osast teadsite, et tuule kiirus miilides tunnis (MPH) on pisut üle kahe korra, selle väärtus m / s. Seega piisab 5 MPH tuulest, mida peetakse igapäevase standardi järgi üsna tagasihoidlikuks, piisava tõuke andmiseks, et anda märk väljaspool "tõeliste" inimlike saavutuste valdkonda. Kui finišeerite vähem kui 10 sekundit kestval võistlusel kõigest 0,01 sekundit kiiremini kui keegi varem on, on iga tegur kriitiline. Kujutage nüüd ette rada ilma tänapäevaste ajastusseadmeteta, rääkimata anemomeetritest!