Λύσεις — Κεφάλαιο 2 · Θερμοκρασία του Αέρα (σελ. 34-35) – ΝΑΥΤΙΚΗ ΜΕΤΕΩΡΟΛΟΓΙΑ Β ΕΠΑΛ

Λύσεις — Κεφάλαιο 2 · Θερμοκρασία του Αέρα (σελ. 34–35)

Απαντήσεις στις Ερωτήσεις Επανάληψης & στις Ασκήσεις-Εργασίες του βιβλίου.

Ηλιακή ακτινοβολία

Ερώτηση: Ερ.1–6. Είδη ακτινοβολίας, άμεση/διάχυτη σε συννεφιά, ηλιακή σταθερά, ανακλώμενη, γήινη ακτινοβολία & νυχτερινή ψύξη.

Απάντηση:

• Ολική = άμεση + διάχυτη. Άλλα είδη στην ατμόσφαιρα: γήινη (εδάφους), ατμοσφαιρική, ανακλώμενη.
• Με νεφοσκεπή ουρανό φτάνει κυρίως η διάχυτη· η ανακλώμενη είναι σημαντική όταν υπάρχουν σύννεφα (χωρίς σύννεφα είναι μικρή).
• Ηλιακή σταθερά: η ενέργεια που δέχεται μονάδα επιφάνειας κάθετη στις ακτίνες στα όρια της ατμόσφαιρας (~2 cal/cm²·min).
• Το έδαφος τη νύχτα ψύχεται αποδίδοντας γήινη ακτινοβολία· η ψύξη είναι εντονότερη με καθαρό ουρανό (τα σύννεφα «παγιδεύουν» την ακτινοβολία & περιορίζουν την ψύξη).

Σύνοψη: (ενδεικτική) Ολική=άμεση+διάχυτη· συννεφιά→διάχυτη· ηλιακή σταθερά (κάθετη επιφάνεια)· καθαρός ουρανός→μεγαλύτερη νυχτ. ψύξη.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κριτήριο: είδη ακτινοβολίας + ρόλος νεφών.

Θερμότητα, θερμοκρασία ΚΑΙ όργανα

Ερώτηση: Ερ.7–11. Θερμότητα vs θερμοκρασία, τρόποι μετάδοσης, θερμόμετρα/θερμογράφος, μονάδες, ειδική θερμότητα.

Απάντηση:

• Θερμότητα = ενέργεια που μεταφέρεται· θερμοκρασία = μέτρο μέσης κινητικής ενέργειας των μορίων.
• Μετάδοση: αγωγή, μεταφορά (ρεύματα), ακτινοβολία.
• Υδραργυρικό/διμεταλλικό θερμόμετρο: στηρίζονται στη διαστολή (του υδραργύρου / δύο μετάλλων με διαφορετική διαστολή)· θερμογράφος = καταγραφικό θερμόμετρο (συνεχής καταγραφή).
• Μονάδες θερμότητας: θερμίδα (cal)· 1 cal = 4,186 J.
• Ειδική θερμότητα: θερμότητα για +1 °C σε 1 g ουσίας (νερό = 1 cal/g·°C — π.χ. 1 g νερού χρειάζεται 1 cal για να ανέβει 1 °C).

Σύνοψη: (ενδεικτική) Θερμότητα=ενέργεια, θερμοκρασία=κιν. ενέργεια· αγωγή/μεταφορά/ακτινοβολία· cal=4,186 J· ειδ. θερμ. νερού=1.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κριτήριο: ορισμοί + μονάδες + αρχή θερμομέτρων.

Θέρμανση ατμόσφαιρας

Ερώτηση: Ερ.12–14. Έμμεση θέρμανση της ατμόσφαιρας· είδη ακτινοβολίας ημέρας/νύχτας· θάλασσα vs ξηρά.

Απάντηση:

• Η ατμόσφαιρα θερμαίνεται έμμεσα: το έδαφος απορροφά ηλιακή ακτινοβολία & τη μεταδίδει με αγωγή/μεταφορά (ρεύματα) & ακτινοβολία εδάφους. Η άμεση απορρόφηση ηλιακής από τον αέρα είναι μικρή.
• Ημέρα: το έδαφος δέχεται ηλιακή ακτινοβολία· νύχτα: εκπέμπει γήινη ακτινοβολία (υπέρυθρη).
• Η θάλασσα έχει μεγάλη ειδική θερμότητα & αναμιγνύεται → μικρές ημερήσιες μεταβολές θερμοκρασίας, σε αντίθεση με την ξηρά που θερμαίνεται/ψύχεται γρήγορα.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Έμμεση θέρμανση (αγωγή/μεταφορά/ακτινοβολία εδάφους)· ημέρα ηλιακή/νύχτα γήινη· θάλασσα σταθερή (ειδ. θερμ.).

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κριτήριο: μηχανισμός έμμεσης θέρμανσης + θάλασσα/ξηρά.

Μεταβολές ΚΑΙ θερμοβαθμίδα

Ερώτηση: Ερ.15–19. Ημερήσια μεταβολή, θερμομετρικό εύρος, θερμοβαθμίδα, αναστροφή, ισόθερμες.

Απάντηση:

• Ημερήσια μεταβολή: ελάχιστο λίγο πριν την ανατολή, μέγιστο νωρίς το απόγευμα (υστέρηση ως προς τη μεσημβρία).
• Θερμομετρικό εύρος: η διαφορά μέγιστης–ελάχιστης θερμοκρασίας (ημερήσιο ή ετήσιο).
• Κατακόρυφη θερμοβαθμίδα: μεταβολή θερμοκρασίας ανά μονάδα ύψους· στην τροπόσφαιρα η μέση μεταβολή είναι αρνητική (μειώνεται με το ύψος).
• Θερμοκρασιακή αναστροφή: η θερμοκρασία αυξάνεται με το ύψος· είδη: εδάφους (νυχτερινή ακτινοβολία) & ύψους/καθίζησης.
• Ισόθερμες: καμπύλες που ενώνουν σημεία ίδιας θερμοκρασίας στον χάρτη.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Ημερήσια (min προ ανατολής/max απόγευμα)· εύρος=max−min· θερμοβαθμίδα αρνητική· αναστροφή=αύξηση με ύψος· ισόθερμες.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κριτήριο: ορισμοί των 5 εννοιών.

Ενέργεια σε επιφάνεια (ηλιακή σταθερά)

Ερώτηση: Ασκ.1–2. Θερμίδες σε 10 cm² σε 10 min στα όρια της ατμόσφαιρας: (α) κάθετη επιφάνεια, (β) υπό γωνία 45°.

Απάντηση:

• Με ηλιακή σταθερά \( S \approx 2\ \text{cal/cm}^2\cdot\text{min} \):
• (α) Κάθετη: \( Q = 2 \times 10 \times 10 = 200\ \text{cal} \).
• (β) Υπό γωνία 45°: η ενεργός ροή πολλαπλασιάζεται με \( \cos 45° \approx 0{,}707 \): \( Q = 200 \times 0{,}707 \approx 141{,}4\ \text{cal} \).

Σύνοψη: (α) 200 cal, (β) ≈141,4 cal.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κριτήριο: S×εμβαδόν×χρόνος & πρόσθετος παράγοντας cos45°. Επαληθεύτηκε με κώδικα.

Watt ΚΑΙ cal/sec

Ερώτηση: Ασκ.3. Δείξτε ότι ισχύς 1 Watt δίνει 0,2389 Cal/sec (1 J/sec = 1 W).

Απάντηση:

• \( 1\ \text{W} = 1\ \text{J/s} \). Επειδή \( 1\ \text{cal} = 4{,}186\ \text{J} \Rightarrow 1\ \text{J} = \dfrac{1}{4{,}186}\ \text{cal} = 0{,}2389\ \text{cal} \).
• Άρα \( 1\ \text{W} = 1\ \text{J/s} = 0{,}2389\ \text{cal/s} \).

Σύνοψη: 1 W = 0,2389 cal/s (αφού 1 J = 1/4,186 cal).

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κριτήριο: μετατροπή J→cal. Επαληθεύτηκε με κώδικα.

Μετατροπές θερμοκρασίας

Ερώτηση: Ασκ.4–6. −20 °F & +20 °F σε °C και K· τύποι μετατροπής F↔C↔K.

Απάντηση:

• Τύπος: \( C = (F-32)\cdot\dfrac{5}{9} \), \( K = C + 273{,}15 \).
• −20 °F: \( C = (-20-32)\cdot\frac{5}{9} = -28{,}9\,°C \); \( K = 244{,}3\,K \).
• +20 °F: \( C = (20-32)\cdot\frac{5}{9} = -6{,}7\,°C \); \( K = 266{,}5\,K \).
• Σχέσεις: F→K: \( K=(F-32)\frac{5}{9}+273{,}15 \)· C→F: \( F=C\frac{9}{5}+32 \)· K→F: \( F=(K-273{,}15)\frac{9}{5}+32 \).

Σύνοψη: −20 °F = −28,9 °C = 244,3 K· +20 °F = −6,7 °C = 266,5 K· + τύποι.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κριτήριο: σωστός τύπος & τιμές. Επαληθεύτηκε με κώδικα.

Όριο υδραργυρικού θερμομέτρου

Ερώτηση: Ασκ.7. Ποια η μικρότερη θερμοκρασία (°F, K) που μετρά υδραργυρικό θερμόμετρο; Τι συμβαίνει πιο κάτω;

Απάντηση:

• Ο υδράργυρος πήζει στους −38,8 °C. Άρα το υδραργυρικό θερμόμετρο μετρά μέχρι εκεί: \( -38{,}8\,°C \approx -37{,}9\,°F \approx 234{,}3\,K \).
• Για μικρότερες θερμοκρασίες ο υδράργυρος στερεοποιείται & το θερμόμετρο δεν λειτουργεί — χρησιμοποιούμε θερμόμετρα οινοπνεύματος (πήζει ~−114 °C).

Σύνοψη: (ενδεικτική) ≈ −38,8 °C (−37,9 °F, 234,3 K)· πιο κάτω ο υδράργυρος πήζει → θερμόμετρο οινοπνεύματος.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κριτήριο: σημείο πήξης υδραργύρου & εναλλακτική. Επαληθεύτηκε με κώδικα.