<< Chapter < Page Chapter >> Page >
Giới thiệu các loại gương phản xạ

Các loại gương phản xạ

Để tập trung năng lượng bức xạ chiếu tới mặt thu Ft, nhằm nâng cao nhiệt độ của Ft và môi chất tiếp xúc nó, người ta dùng thêm các gương phản xạ.

Gương phản xạ là các bề mặt nhẵn bóng, coi là vật đục D = 0, có hệ số hấp thụ A bé, và hệ số phản xạ R = (1-A) lớn. Gương phản xạ có thể có dạng phẳng, côn, nón, parabol trụ hoặc parabol tròn xoay. Gương phản xạ thường được chế tạo bằng mặt kim loại bóng như inox, nhôm, tôn đánh bóng, hoặc kính hay plastic có tráng bạc.

Đặc trưng của một gương phản xạ bao gồm:

- Các thông số hình học và kết cấu.

- Độ phản xạ R, điều kiện đê mặt thu có thể hứng toàn bộ phản xạ từ gương.

- Độ tập trung năng lượng bức xạ (kí hiệu là k).

Độ tập trung năng lượng bức xạ k :

-Định nghĩa: Độ tập trung năng lượng bức xạ k của một hệ gương phản xạ và mặt thu, là tỉ số của cường độ bức xạ tới mặt thu Ft trên cường độ bức xạ tới mặt hứng nắng: k = E t E size 12{ { {E rSub { size 8{t} } } over {E} } } {}

Hình 5.1 Hệ gương và mặt thuCường độ bức xạ tới mặt hứng nắng E thường là cường độ bức xạ tới mặt đất nơi đặt thiết bị, tức là cường độ bức xạ lúc trời nắng bình thường, chưa có gương phản xạ.

-Lập công thức tính k: cho một hệ gồm mặt thu Ft đặt vuông góc với tia nắng, xung quanh có gương phản xạ với hệ số phản xạ R, D = 0 và mặt hứng nắng diện tích Fh, mặt Fh thường cũng vuông góc với tia nắng (hình 5.1). Giả thiết các gương đặt sao cho toàn bộ các tia phản xạ từ gương được chiếu hết lên mặt thu Ft. Khi đó, công suất bức xạ chiếu đến Ft là:

Qt = E. Ft + E.( Fh - Ft).R

=E.(1 - R). Ft + E.R.Fh

Cường độ bức xạ đến Ft là:

Et = Qt/Ft = E.(1 - R) + E.R. Fh/ Ft

Do đó, k = Et/E = 1 - R + R. Fh/ Ft = 1 + R.( Fh/ Ft - 1). Nếu coi R  1 thì k  Fh/Ft.

Gương phẳng

Xét gương phẳng BC có hệ số phản xạ R, đặt nghiêng góc  so với mặt thu AB. Dựa vào định luật phản xạ ánh sáng i1 = i2 , có thể tìm được điều kiện để toàn bộ phản xạ từ gương BC chiếu hết lên mặt AB đặt vuông góc với tia nắng là:

Hình 5.2. Mô tả quan hệ (, a, b)  = arcsin a + b 2a size 12{ sqrt { { {a`+`b} over {2a} } } } {}

Vì sin<1 nên phải có b<a và π 4 size 12{ { {π} over {4} } } {} << π 2 size 12{ { {π} over {2} } } {} .

Khi đó chiều rộng gương bằng:

f = b cos γ = b 2a a b size 12{ { {b} over {"cos"γ} } ``=```b sqrt { { {2a} over {a` - `b} } } } {}

Và độ tập trung năng lượng k = 1 + R.(b/a). Do đó, nếu dùng một gương phẳng thì 1<k<2, nếu dùng bốn gương phẳng cùng phản xạ lên một mặt thu hình vuông thì có 1<k<5.

Hình 5.3, 5.4 giới thiệu sơ đồ 1 nhà máy điện mặt trời, trong đó dùng hệ thống gương phẳng, được điều khiển bằng máy tính, tập trung năng lượng vào một lò hơi đặt trên cao, trong 1 lồng kính, để cấp hơi cho 1 turbine phát điện.

Hình 5.3. Sơ đồ nhà máy điện mặt trời dùng hệ gương phản xạ.

Hình 5.4. Nhà máy điện mặt trời dùng hệ gương phản xạ.

Gương nón

Gương nón cụt

Gương nón cụt thường dùng để phản xạ lên mặt thu phẳng đặt tại đáy nón, luôn được quay để vuông góc với tia nắng.

Hình 5.5. Quan hệ ( Rh, Rt)Điều kiện để 100% phản xạ từ gương đến mặt thu là:

 = arcsin R h + R t 4R t size 12{ sqrt { { {R rSub { size 8{h} } `+`R rSub { size 8{t} } } over {4R rSub { size 8{t} } } } } } {}

Khi đó Rh<3Rt và độ tập trung bằng:

k = 1+ R F h F t 1 = 1 + R 1 2 Cos 2 1 size 12{ left ( { {F rSub { size 8{h} } } over {F rSub { size 8{t} } } } ` - `1` right )`=`1`+`R` left [ left (1` - `2 ital "Cos"2γ right ) rSup { size 8{2} } ` - `1 right ]} {}

π 4 size 12{ { {π} over {4} } } {} << π 2 size 12{ { {π} over {2} } } {} nên khi dùng gương nón cụt thì 1<k<9. Đường sinh của nón cụt tính theo:

f = R h R t cos γ = 2 R h R t R h 3R t R h size 12{ { {R rSub { size 8{h} } - R rSub { size 8{t} } } over {"cos"γ} } =2 left (R rSub { size 8{h} } - R rSub { size 8{t} } right ) sqrt { { {R rSub { size 8{h} } } over {3R rSub { size 8{t} } - R rSub { size 8{h} } } } } } {}

với Rh<3Rt.

Gương nón

Gương nón được dùng để phản xạ lên mặt thu hình ống trụ đặt tại trục nón. Tùy theo góc đỉnh nón nhỏ hơn, bằng hoặc lớn hơn 450, chiều cao H của ống thu bức xạ hình trụ có thể nhỏ hơn, bằng hoặc lớn hơn chiều cao h của nón, như mô tả trên hình 5.6.

Hình 5.6. Gương nón với mặt thu hình ống trụ

Chiều cao H thích hợp của ống thu, cho phép nhận toàn bộ phản xạ từ gương nón có chiều cao h, góc đỉnh  là: H = h 2 1 + tg 2 γ size 12{ { {h} over {2} } left (1`+` ital "tg" rSup { size 8{2} } γ right )} {} với tg = r h size 12{ { {r} over {h} } } {}

Nếu chọn gương nón cao h, bán kính r, thì chiều cao mặt thu hình trụ là:

H = 1 2h h 2 + r 2 size 12{H`=` { {1} over {2h} } ` left (h rSup { size 8{2} } `+`r rSup { size 8{2} } right )} {}

Khi r<h tức là <450 thì H<h

Khi r = h tức là  = 450 thì H = h

Khi r>h tức là >450 thì H>h

Độ tập trung năng lượng của gương nón là:

k = 1+ R F h F t 1 = 1 + R r 2 dH 1 = 1 + R 2r 2 dh Cos 2 γ 1 size 12{ left ( { {F rSub { size 8{h} } } over {F rSub { size 8{t} } } } ` - `1` right )`=`1`+`R left ( { {r rSup { size 8{2} } } over { ital "dH"} } ` - `1 right )`=`1`+`R left ( { {2r rSup { size 8{2} } } over { ital "dh"} } ital "Cos" rSup { size 8{2} } γ` - `1 right )} {}

k = 1 + R 2r 2 h d r 2 + h 2 1 size 12{k`=`1`+`R left [ { {2r rSup { size 8{2} } h} over {d left (r rSup { size 8{2} } `+`h rSup { size 8{2} } right )} } ` - `1 right ]} {}

Nếu gọi t = tg γ = r h size 12{γ`=` { {r} over {h} } } {} thì k = 1 + R r d 2t 1 + t 2 1 size 12{k`=`1`+`R left [ { {r} over {d} } left ( { {2t} over {1`+`t rSup { size 8{2} } } } right )` - `1 right ]} {}

Suy ra kmax = k (t = 1) = k = 1 + R r d 1 size 12{k`=`1`+`R left ( { {r} over {d} } `` - ``1 right )} {} , đạt được khi chọn r = h hay

 = 450, khi R = 1 thì kmax = r d size 12{ { {r} over {d} } } {} . Khi tăng r và giảm d, độ tập trung k sẽ khá lớn.

Gương parabol

Gương paraol tròn xoay

Xét gương parabol tròn xoay do đường parabol y = x 2 4f size 12{ { {x rSup { size 8{2} } } over {4f} } } {} quay quanh trục y tạo ra.

Hình 5.7. Anh của mặt trời qua gương parabol

Khi quay trục gương theo hướng tia nắng, thì tại gần tiêu điểm F ta thu được ảnh của mặt trời, là một đĩa sáng tròn có đường kính d được xác định theo hệ phương trình:

với D = 1,4.109m là đường kính MT, b = 1,5.1011m khoảng cách gương tới MT và f là tiêu cự gương, p khoảng cách ảnh tới gương. { d D = p b 1 b + 1 p = 1 f size 12{ left lbrace matrix { { {d} over {D} } `=`~ { {p} over {b} } {} ##{ {1} over {b} } `+` { {1} over {p} } `=` { {1} over {f} } } right none } {}

Giải hệ trên tìm được d và p sẽ được:

d = Df b f = d b f = 0, 0093 f = 10 2 f size 12{d`=` { { ital "Df"} over {b` - `f} } =` { {d} over {b} } `f`=`0,"0093"f`=`"10" rSup { size 8{ - 2} } f} {} .

p = b b f f size 12{p`=` { {b} over {b` - `f} } f} {} , tức ảnh MT đặt tại tiêu điểm F, có đường kính d = 10-2f. Do đó mặt thu cần đặt tại tiêu điểm của gương, có đường kính d  10-2f.

Nếu mặt thu hình cầu đường kính d, gương parabol có bán kính r, thì hệ số tập trung là:

k = 1 + R r d 2 1 size 12{k`=`1`+`R left [ left ( { {r} over {d} } right ) rSup { size 8{2} } ` - `1 right ]} {}  kmax = k(R=1) = r d 2 size 12{ left ( { {r} over {d} } right ) rSup { size 8{2} } } {} .

Khi tăng r và giảm d đến 10-2f, thì k sẽ rất lớn tùy ý. Ví dụ: chọn Fh = 1m2 hay r = 1 π size 12{r`=` { {1} over { sqrt {π} } } } {} m, f = 0,2m, R = 1thì d = 0,002m và k = r d 2 size 12{ left ( { {r} over {d} } right ) rSup { size 8{2} } } {} = 79577; khi chọn tiêu cự f = 0,1m có k = 318310 lần.

Hình 5.8. Gương parabol trụ

Gương parabol trụ

Xét gương parabol trụ rộng 2r, dài L tập trung phản xạ vào mặt thu hình ống trụ đường kính d đặt tại tiêu điểm, thì độ tập trung là:

k = 1 + R 2r πd 1 size 12{1`+`R left ( { {2r} over {πd} } ` - `1 right )} {}

 kmax = k(R = 1, d = 10-2f) = 2r πd = 200 r πf size 12{ { {2r} over {πd} } `=` { {"200"r} over {πf} } } {} .

Nếu chọn r = 0,5m và f = 0,2m thì kmax =159lần.

Loại gương này dễ chế tạo, bằng cách uốn tấm tôn phẳng theo đường parabol y = x 2 4f size 12{ { {x rSup { size 8{2} } } over {4f} } } {} .

Hình 5.9. Để tính s

Để có 1 mặt parabol trụ y = x 2 4f size 12{ { {x rSup { size 8{2} } } over {4f} } } {} có tiêu cự f, độ rộng r, cần uốn 1 tấm tôn có độ dài s tính theo công thức sau:

Do: ds = dx 2 + dy 2 = dx . 1 + dy dx 2 size 12{ sqrt { ital "dx" rSup { size 8{2} } `+` ital "dy" rSup { size 8{2} } } `=` ital "dx" "." sqrt {1`+` left ( { { ital "dy"} over { ital "dx"} } right ) rSup { size 8{2} } } } {}

 s = 2 0 r 1 + dy dx 2 dx size 12{2 Int cSub { size 8{0} } cSup { size 8{r} } { sqrt {1`+` left ( { { ital "dy"} over { ital "dx"} } right ) rSup { size 8{2} } } ``` ital "dx"} `} {} = 2 0 r 1 + 2x 4f 2 dx size 12{2 Int cSub { size 8{0} } cSup { size 8{r} } {} sqrt {1`+` left ( { {2x} over {4f} } right ) rSup { size 8{2} } ``} ``` ital "dx"} {}

= 1 f 0 r x 2 + 4f 2 dx size 12{ { {1} over {f} } Int cSub { size 8{0} } cSup { size 8{r} } { sqrt {x rSup { size 8{2} } `+`4f rSup { size 8{2} } } } ``` ital "dx"} {}

Vậy s = r r 2f 2 + 1 + 2f ln r 2f + r 2f 2 + 1 size 12{r sqrt {`` left ( { {r} over {2f} } right ) rSup { size 8{2} } `+`1} `+`2f"ln" left [ { {r} over {2f} } `+` sqrt {`` left ( { {r} over {2f} } right ) rSup { size 8{2} } `+`1} right ]} {}

Ví dụ: để có parabol trụ với r = 0,5m, f = 0,2m cần tấm tôn dài s = 1219,43mm.

Hình 5.10. Hệ thống nhiệt năng lượng mặt trời dùng gương phản xạ.

Questions & Answers

Preparation and Applications of Nanomaterial for Drug Delivery
Hafiz Reply
Application of nanotechnology in medicine
what is variations in raman spectra for nanomaterials
Jyoti Reply
I only see partial conversation and what's the question here!
Crow Reply
what about nanotechnology for water purification
RAW Reply
please someone correct me if I'm wrong but I think one can use nanoparticles, specially silver nanoparticles for water treatment.
Damian
yes that's correct
Professor
I think
Professor
what is the stm
Brian Reply
is there industrial application of fullrenes. What is the method to prepare fullrene on large scale.?
Rafiq
industrial application...? mmm I think on the medical side as drug carrier, but you should go deeper on your research, I may be wrong
Damian
How we are making nano material?
LITNING Reply
what is a peer
LITNING Reply
What is meant by 'nano scale'?
LITNING Reply
What is STMs full form?
LITNING
scanning tunneling microscope
Sahil
how nano science is used for hydrophobicity
Santosh
Do u think that Graphene and Fullrene fiber can be used to make Air Plane body structure the lightest and strongest. Rafiq
Rafiq
what is differents between GO and RGO?
Mahi
what is simplest way to understand the applications of nano robots used to detect the cancer affected cell of human body.? How this robot is carried to required site of body cell.? what will be the carrier material and how can be detected that correct delivery of drug is done Rafiq
Rafiq
if virus is killing to make ARTIFICIAL DNA OF GRAPHENE FOR KILLED THE VIRUS .THIS IS OUR ASSUMPTION
Anam
analytical skills graphene is prepared to kill any type viruses .
Anam
Any one who tell me about Preparation and application of Nanomaterial for drug Delivery
Hafiz
what is Nano technology ?
Bob Reply
write examples of Nano molecule?
Bob
The nanotechnology is as new science, to scale nanometric
brayan
nanotechnology is the study, desing, synthesis, manipulation and application of materials and functional systems through control of matter at nanoscale
Damian
Is there any normative that regulates the use of silver nanoparticles?
Damian Reply
what king of growth are you checking .?
Renato
What fields keep nano created devices from performing or assimulating ? Magnetic fields ? Are do they assimilate ?
Stoney Reply
why we need to study biomolecules, molecular biology in nanotechnology?
Adin Reply
?
Kyle
yes I'm doing my masters in nanotechnology, we are being studying all these domains as well..
Adin
why?
Adin
what school?
Kyle
biomolecules are e building blocks of every organics and inorganic materials.
Joe
anyone know any internet site where one can find nanotechnology papers?
Damian Reply
research.net
kanaga
sciencedirect big data base
Ernesto
Introduction about quantum dots in nanotechnology
Praveena Reply
hi
Loga
Got questions? Join the online conversation and get instant answers!
Jobilize.com Reply

Get the best Algebra and trigonometry course in your pocket!





Source:  OpenStax, Năng lượng mặt trời- lý thuyết và ứng dụng. OpenStax CNX. Aug 07, 2009 Download for free at http://cnx.org/content/col10898/1.1
Google Play and the Google Play logo are trademarks of Google Inc.

Notification Switch

Would you like to follow the 'Năng lượng mặt trời- lý thuyết và ứng dụng' conversation and receive update notifications?

Ask