▶   태양의 고도와 기온

 
 
 

하룻동안 태양의 고도와 그림자의 길이, 그리고 기온이 어떻게 변하는지 측정해봅시다.(그림자의 길이는 앞 절에서 알아보았으므로, 지금은 기온에 집중해 보세요.)

 

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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.

 

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왜 태양의 고도가 높아지면 기온이 점점 올라가는지 알아보기 위해 빛을 비추는 각도와 바추어진 면적 사이의 관계를 알아보는 실험을 해봅시다.

 

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모눈 종이에 빛이 비추어진 부분을 표시하면 다음 그림과 같습니다.

 

 

즉, 종이면과 전등 불빛이 이루는 각도가 작을수록 바닥에 빛이 닿는 면적이 커집니다.

 

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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.

 

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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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