<< 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

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
what does nano mean?
Anassong Reply
nano basically means 10^(-9). nanometer is a unit to measure length.
Bharti
do you think it's worthwhile in the long term to study the effects and possibilities of nanotechnology on viral treatment?
Damian Reply
absolutely yes
Daniel
how to know photocatalytic properties of tio2 nanoparticles...what to do now
Akash Reply
it is a goid question and i want to know the answer as well
Maciej
characteristics of micro business
Abigail
for teaching engĺish at school how nano technology help us
Anassong
Do somebody tell me a best nano engineering book for beginners?
s. Reply
there is no specific books for beginners but there is book called principle of nanotechnology
NANO
what is fullerene does it is used to make bukky balls
Devang Reply
are you nano engineer ?
s.
fullerene is a bucky ball aka Carbon 60 molecule. It was name by the architect Fuller. He design the geodesic dome. it resembles a soccer ball.
Tarell
what is the actual application of fullerenes nowadays?
Damian
That is a great question Damian. best way to answer that question is to Google it. there are hundreds of applications for buck minister fullerenes, from medical to aerospace. you can also find plenty of research papers that will give you great detail on the potential applications of fullerenes.
Tarell
what is the Synthesis, properties,and applications of carbon nano chemistry
Abhijith Reply
Mostly, they use nano carbon for electronics and for materials to be strengthened.
Virgil
is Bucky paper clear?
CYNTHIA
carbon nanotubes has various application in fuel cells membrane, current research on cancer drug,and in electronics MEMS and NEMS etc
NANO
so some one know about replacing silicon atom with phosphorous in semiconductors device?
s. Reply
Yeah, it is a pain to say the least. You basically have to heat the substarte up to around 1000 degrees celcius then pass phosphene gas over top of it, which is explosive and toxic by the way, under very low pressure.
Harper
Do you know which machine is used to that process?
s.
how to fabricate graphene ink ?
SUYASH Reply
for screen printed electrodes ?
SUYASH
What is lattice structure?
s. Reply
of graphene you mean?
Ebrahim
or in general
Ebrahim
in general
s.
Graphene has a hexagonal structure
tahir
On having this app for quite a bit time, Haven't realised there's a chat room in it.
Cied
what is biological synthesis of nanoparticles
Sanket Reply
how did you get the value of 2000N.What calculations are needed to arrive at it
Smarajit Reply
Privacy Information Security Software Version 1.1a
Good
Berger describes sociologists as concerned with
Mueller Reply
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