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▶ 태양의 고도와 기온 |
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하룻동안 태양의 고도와 그림자의 길이, 그리고 기온이 어떻게 변하는지 측정해봅시다.(그림자의 길이는 앞 절에서 알아보았으므로, 지금은 기온에 집중해 보세요.)
태양의 고도가 가장 높을 때는 12시입니다. 태양의 고도가 높아지면 기온도 점점 올라갑니다. 하지만 기온이 가장 높아지는 때는 태양의 고도가 가장 높은 때로부터 2시간 정도 지난 오후 2시경입니다.
왜 태양의 고도가 높아지면 기온이 점점 올라가는지 알아보기 위해 빛을 비추는 각도와 바추어진 면적 사이의 관계를 알아보는 실험을 해봅시다.
모눈 종이에 빛이 비추어진 부분을 표시하면 다음 그림과 같습니다.
즉, 종이면과 전등 불빛이 이루는 각도가 작을수록 바닥에 빛이 닿는 면적이 커집니다.
이때 전등에서 나우는 빛을 100'이라고 하면, 전등을 수직으로 비추었을 때와 비스듬히 비추었을 때 바닥을 비추는 빛은 '100'으로 똑같습니다.
따라서 같은 면적을 비교하면, 빛을 수직으로 비추었을 때 더 많은 빛이 지면에 비추어진 것입니다.
위의 실험에서도 손전등은 태양에 해당하고 종이는 지표면에 해당합니다. 지표면과 전등 사이의 각도가 90°일 때 바닥에 전등이 만드는 환한 곳의 밝기가 가장 밝습니다. 그리고 각도가 작아질수록 환한 정도가 줄어들지요. 햇빛은 에너지를 실어 나릅니다. 여름에 햇빛 아래에서는 덥고, 나무 그늘 아래에서는 시원한 것으로부터 짐작할 수 있습니다. 다음 동영상은 태양전지에 빛을 수직으로, 또는 비스듬히 비추었을 때 전동기가 도는 빠르기가 어떻게 변하는지 보여줍니다.
태양전지에 빛을 비추었을 때 전동기가 도는 것으로부터 빛이 에너지를 전달한다는 것을 알 수 있습니다. 그리고 태양전지에 수직으로 빛을 비추었을 때 전동기가 더 빨리 도는 것으로부터 그 때 에너지가 더 많이 전달되었다는 것을 확인할 수 있습니다. 따라서 빛이 와닿아 환한 지면에 더 많은 에너지가 와닿고, 지면은 그 에너지를 흡수하여 온도가 높아집니다. 그리고 더 환할수록 더 많은 에너지가 전달되고, 지면의 온도는 더 높아집니다. 따라서 지표면의 한 점에서 태양고도가 높을수록(90°에 가까울수록) 그곳에는 많은 열이 전달되어 온도가 높고, 태양고도가 작을수록 그곳에는 적은 양의 열이 전달되어 온도가 덜 높습니다. 그렇다면 지면의 온도가 가장 높은 때는 태양의 고도가 가장 높은 12시 경입니다. 하지만 기온은 그보다 2시간 정도 지나야 가장 높아집니다. 왜 그럴까요? 지표면이 태양의 에너지를 먼저 흡수하고, 공기는 그것을 지표로부터 얻기 때문입니다. 그리고 공기가 지표로부터 열을 얻어 온도가 올라가데는 시간이 걸리기 때문입니다.
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