Inhoud
- Waar komt wind vandaan?
- De fysica van windenergie
- Soorten een anemometer
- Hoe anemometers werken
- Andere toepassingen van anemometers: Sport
Hoewel het een onhandig woord is, anemometer verwijst naar een eenvoudig maar verrassend veelzijdig instrument, één gevonden in de meest elementaire weerstations over de hele wereld. De vertaling uit het Grieks is eenvoudig: "anem-" is de wortel van "wind" en "meter", wat betekent (in algemene termen, niet als een hoeveelheid) "maat".
Wanneer je denkt aan het woord 'weer' zelf, tenzij je in de ruimte leeft, is een van de eerste woorden of zintuiglijke beelden die in je opkomt bijna zeker wind, een fenomeen dat catastrofale schade kan veroorzaken, maar toch een gekoesterd onderdeel blijft van bijna ieders levenservaring, als riemen van poëzie en literatuur die het bereik van het fenomeen verkennen vertrouwd moeten worden.
Om redenen van veiligheid, recreatieve planning en duidelijke nieuwsgierigheid, op elk moment de snelheid van het weer kennen - of op zijn minst de richting waarin het waait als je om een of andere reden niet buiten kunt komen om dit met je eigen zintuigen te detecteren - in je omgeving, of op een plek waar je binnenkort naartoe wilt reizen, is inderdaad nuttige informatie. Voor dit doel zijn veel verschillende soorten anemometers beschikbaar, waarvan sommige afhankelijk zijn van bijzonder slimme methoden om indirect de windsnelheid te meten.
Waar komt wind vandaan?
Een jong kind vertelde dat de aarde rond draait op 1.000 mijl per uur op de evenaar, en op ongeveer 800 mijl per uur op 40 graden breedtegraad (ongeveer waar het grootste deel van de Amerikaanse bevolking is gecentreerd), zou kunnen aannemen dat wind afkomstig is van de eenvoudige zweepslagen rond een object met schijnbaar onmogelijke snelheden. Hoewel dit intuïtief logisch is, is het echte beeld veel complexer, maar biedt het ook waardevolle leerpunten over weersverschijnselen die verband houden met, maar onafhankelijk zijn van, de wind zelf.
De zon is de ultieme energiebron voor heel veel processen op aarde, en wind is geen uitzondering. Wind is voornamelijk het gevolg van het feit dat verschillende delen van het aardoppervlak verschillende hoeveelheden warmte van de zon absorberen. Deze energie wordt uitgedrukt als wind door convectie, de overdracht van warmte via beweging in een vloeistof. Hetere lucht neigt te stijgen terwijl koelere lucht zinkt, waardoor continu roterende luchtuitwisselingen tussen aangrenzende luchtgebieden met verschillende temperaturen worden opgezet.
Wind circuleert over de hele wereld in bekende 'stromen' die lijken op beroemde rivieren van lucht: straalstromen, passaatwinden, poolstralen. Winden worden gecategoriseerd op basis van hun specifieke bronnen van herkomst als geostrofische winden, thermische winden of gradiënt winden.
De fysica van windenergie
Lucht heeft massa, dus het is mogelijk om de kinetische energie van bewegende lucht te berekenen, net als elk ander object. De vergelijking voor kinetische energie is KE = (1/2) mv2 waar v = snelheid. (Windsnelheid is zelden lang constant, dus windsnelheid wordt meestal gemiddeld over korte tijdsperioden om zinvolle gegevens te genereren.)
De massa van een bepaald luchtvolume is de dichtheid maal zijn volume, of ρV. Maar met wind macht, of energie per tijdseenheid, de variabele van belang is "windmassastroom", of hoeveel lucht stroomt over het dwarsdoorsnedegebied A van de turbine (vaak een cirkel). De vergelijking voor windenergie blijkt te zijn
Pw = (1/2) ρAv3,
wat betekent dat vermogen toeneemt met de kubus van windsnelheid. Dat betekent dat een wind van 30 MPH 10 levert3 = duizend keer evenveel kracht als een wind van 10 MPH!
(1 mi / uur) = (mi / 1.609 m) (3600 s / uur) = 0,447 m / s.
Soorten een anemometer
Je weet al wat een anemometer "is". Maar op het korrelige niveau, wat voor apparaten meten mensen de windsnelheid?
Soms is windrichting de grootste zorg, waarbij snelheid minder belangrijk is. Met dit in gedachten, hebben luchthavens windsokken die veel vertellen over binnenkort weer. Een wind uit het noordwesten (een NW-wind) betekent bijvoorbeeld meestal koeler, droger weer, terwijl een ZO-wind vaak warmere, vochtiger lucht brengt.
Hoe anemometers werken
De cup-en-schroef stijl van anemometer is, zoals opgemerkt, het meest voorkomende type; toevallig is de werking ervan eenvoudig uit te leggen. Terwijl de wind de arm van de propeller ronddraait, "vangen" de koppen de wind door een cirkel met een bekende straal (2 maal π maal de lengte van de propellerarm of de omtrek) in een bekende tijd, zoals de spins van de centrale stang wordt geteld. Totale afstand (omwentelingen maal omtrek) gedeeld door tijd is windsnelheid.
Andere soorten anemometers bepalen de windsnelheid op meer betrokken manieren. EEN hete draad anemometer maakt gebruik van het feit dat wanneer lucht over een voorwerp stroomt dat is verwarmd tot een temperatuur warmer dan de lucht, het voorwerp wordt gekoeld als warmte wordt verwijderd via convectie.
In een hete draadanemometer wordt een metaaldraad dat elektrisch is opgewarmd blootgesteld aan de wind, terwijl het vermogen wordt verhoogd of verlaagd om de temperatuur op de draadpunt constant te houden.Dus hoe hoger de windsnelheid, hoe meer vermogen er nodig is om het thermische evenwicht te handhaven.
Luchtdruk meten - die zelf wordt gemeten met een instrument dat a wordt genoemd barometer - kan ook worden gebruikt om de windsnelheid te berekenen. Een buisanemometer, bijvoorbeeld, meet de luchtdruk in een glazen buis die slechts aan één uiteinde open is. Windsnelheid kan worden berekend uit het drukverschil tussen de binnenkant van de buis en de buitenkant.
Andere toepassingen van anemometers: Sport
Bij hardloopevenementen in internationale buitenbaanwedstrijden, waarbij hardlopers in één netrichting bewegen, kan de wind concurrenten helpen (of hinderen) en superieure tijden produceren. Om deze reden wordt tijdens deze evenementen een anemometer langs de baan geplaatst. De maximaal toegestane netto windsnelheid in de richting van de lopers voor het instellen van nieuwe records is 2,0 m / s, dus als de windmeter op enig moment tijdens de race boven deze waarde staat, komt de markering niet in aanmerking voor recorddoeleinden.
Uit een vorige paragraaf weet je dat de windsnelheid in mijl per uur (MPH) iets meer dan het dubbele is van de waarde in m / s. Aldus is een wind van 5 MPH, die volgens de alledaagse standaard als bescheiden zou worden beschouwd, voldoende om een boost te geven om een stempel te drukken buiten het rijk van "echte" menselijke prestaties. Wanneer u slechts 0,01 seconden sneller finisht dan iemand ooit eerder heeft gelopen in een race van minder dan 10 seconden, is elke factor van cruciaal belang. Stel je nu eens voor zonder moderne timingapparatuur, laat staan anemometers!