Indhold
- Hvor kommer vinden fra?
- Vindkraftens fysik
- Typer af et anemometer
- Sådan fungerer anemometre
- Andre anemometer anvendelser: Sport
Selvom noget af et akavet ord, vindmåler henviser til et simpelt, men overraskende alsidigt instrument, der findes i de mest basale vejrstationer over hele verden. Oversættelsen fra græsk er ligetil: "anem-" at være roden til "vind" og "meter", der betyder (generelt, ikke som en mængde) "mål."
Når du tænker på selve ordet "vejr", medmindre du bor i det ydre rum, er et af de første ord eller sansebilleder, der kommer op i tankerne næsten helt sikkert vind, et fænomen, der kan forårsage katastrofale skader, men alligevel forbliver en elsket del af næsten enhver livserfaring, hvis man kan stole på række af poesi og litteratur, der undersøger rækkevidden af fænomenet.
Af hensyn til sikkerhed, rekreativ planlægning og almindelig nysgerrighed, kendskab til vejrhastigheden til enhver tid - eller i det mindste i hvilken retning det blæser, hvis du af en eller anden grund ikke kan komme udenfor for at opdage dette med dine egne sanser - i dit område, eller et sted, du agter at rejse til snart, er nyttige oplysninger faktisk. Mange forskellige typer anemometer er tilgængelige til dette formål, nogle af dem er afhængige af særlige smarte metoder til indirekte måling af vindhastighed.
Hvor kommer vinden fra?
Et lille barn fortalte, at Jorden snurrer omkring 1.000 miles i timen ved sin ækvator, og omkring 800 mil i timen ved 40 graders bredde (omkring hvor størstedelen af den amerikanske befolkning er centreret), kan antage, at vind kommer fra den enkle piskning omkring et objekt i tilsyneladende umulige hastigheder. Selvom dette giver intuitiv mening, er det virkelige billede langt mere kompliceret, men tilbyder også værdifulde undervisningspunkter om vejrfænomener relateret til, men uafhængig af, vinden i sig selv.
Solen er den ultimative energikilde til mange processer på Jorden, og vind er ingen undtagelse. Vind er hovedsageligt resultatet af forskellige dele af jordoverfladen, der absorberer forskellige mængder varme fra solen. Denne energi udtrykkes som vind igennem konvektion, overførsel af varme via bevægelse i en væske. Varmere luft har en tendens til at stige, mens køligere luft synker, og indstiller kontinuerligt roterende udveksling af luft mellem tilstødende regioner af luft med forskellige temperaturer.
Vind cirkulerer rundt omkring i kloden i kendte "vandløb", der ligner berømte luftfloder: jetstrømme, handelsvind, polare jetfly. Vind er kategoriseret ud fra deres specifikke oprindelseskilder som geostrofiske vinde, termiske vinde eller gradientvind.
Vindkraftens fysik
Luft har masse, så det er muligt at beregne den kinetiske energi i bevægende luft ligesom enhver anden genstand. Ligningen for kinetisk energi er KE = (1/2) mv2 hvor v = hastighed. (Vindhastigheden er sjældent konstant i lang tid, så vindhastigheden beregnes normalt i løbet af korte tidsperioder for at generere meningsfulde data.)
Massen af et givet luftmængde er dens densitet gange dens volumen eller ρV. Men med vind strøm, eller energi pr. enhedstid, er variablen af interesse "vindmasse-strømning", eller hvor meget luft der strømmer over tværsnitsområdet A for turbinen (ofte en cirkel). Det ligning for vindkraft viser sig at være
Pw = (1/2) ρAv3,
hvilket betyder, at strømmen øges med terningen af vindhastighed. Det betyder, at en vind på 30 MPH giver 103 = tusind gange lige så meget strøm som en vind på 10 MPH!
(1 mi / time) = (mi / 1.609 m) (3600 s / h) = 0,447 m / s.
Typer af et anemometer
Du ved allerede, hvad et anemometer "er." Men på det granulære niveau, hvilken slags enheder måler folk vindhastigheden?
Nogle gange er vindretningen den største bekymring, med hastighed mindre vigtig. Med dette i tankerne har lufthavne vindstrømper, der fortæller meget om snart vejret. F.eks. Betyder en vind ud af nordvest (en NW-vind) normalt køligere, tørrere vejr, mens en SE-vind ofte bringer varmere, mere fugtig luft.
Sådan fungerer anemometre
Det kop-og-propel stil med anemometer er som bemærket den mest almindelige type; heldigvis er dens funktion let at forklare. Når vinden snurrer propellens arm rundt, roterer kopperne ", der fanger" vinden gennem en cirkel med kendt radius (2 gange π gange propellarmens længde eller omkredsen) på en kendt tid, som spins af den centrale stang tælles. Samlet afstand (omdrejninger gange omkreds) divideret med tiden er vindhastighed.
Andre former for anemometre bestemmer vindhastigheden på mere involverede måder. EN hot-wire anemometer bruger det faktum, at når luft flyder over et objekt opvarmet til en temperatur varmere end luften, vil objektet blive afkølet, når varmen fjernes via konvektion.
I et hot-wire anemometer udsættes en metaltråd, der er blevet elektrisk opvarmet for vinden, mens effekten øges eller formindskes for at holde temperaturen ved trådspidsen konstant.Så jo højere vindhastigheden er, jo mere kræves der krævet for at opretholde termisk ligevægt.
Måling af lufttryk - som i sig selv måles med et instrument kaldet a barometer - kan også bruges til at beregne vindhastighed. Et røreanemometer måler for eksempel lufttrykket inde i et glasrør, der kun er åbent i den ene ende. Vindhastighed kan beregnes ud fra forskellen i tryk mellem det indre af røret og det ydre.
Andre anemometer anvendelser: Sport
I løb af begivenheder i udendørs internationale banekonkurrencer, hvor løbere bevæger sig i en netretning, kan vinden hjælpe (eller hindre) konkurrenter og producere overlegne tider. Af denne grund anbringes et anemometer ved siden af under disse begivenheder. Den maksimalt tilladte nettovindhastighed i retning af løberne til indstilling af nye rekorder er 2,0 m / s, så hvis vindmåleren læser over denne værdi på ethvert tidspunkt under løbet, er mærket ikke kvalificeret til rekordformål.
Fra et tidligere afsnit ved du, at vindhastighed i miles per time (MPH) er lidt mere end det dobbelte af dens værdi i m / s. Således er en vind på 5 MPH, som vil blive betragtet som ganske beskeden efter hverdagens standard, tilstrækkelig til at give nok af et løft til at give et mærke uden for området for "ægte" menneskelig præstation. Når man færdiggør kun 0,01 sekunder hurtigere end nogen nogensinde har løbet før i et løb, der varer mindre end 10 sekunder, er hver faktor kritisk. Forestil dig nu spor uden moderne tidsudstyr, hvad så med anemometre!