Inhalt
- Woher kommt der Wind?
- Die Physik der Windenergie
- Arten eines Anemometers
- Funktionsweise von Anemometern
- Andere Anemometeranwendungen: Sport
Obwohl etwas von einem unangenehmen Wort, Windmesser bezieht sich auf ein einfaches, aber überraschend vielseitiges Instrument, das in den grundlegendsten Wetterstationen der Welt zu finden ist. Die Übersetzung aus dem Griechischen ist unkompliziert: "anem-" ist die Wurzel von "Wind" und "meter" und bedeutet (im Allgemeinen nicht als Menge) "messen".
Wenn Sie an das Wort "Wetter" selbst denken, ist eines der ersten Wörter oder Sinnesbilder, die Ihnen in den Sinn kommen, fast sicher, es sei denn, Sie leben im Weltraum Wind, Ein Phänomen, das katastrophalen Schaden anrichten kann und dennoch ein geschätzter Bestandteil fast aller Lebenserfahrungen ist, wenn Unmengen von Gedichten und Literatur, die die Reichweite des Phänomens erforschen, vertrauenswürdig sind.
Aus Gründen der Sicherheit, der Freizeitplanung und der Neugierde, die Geschwindigkeit des Wetters jederzeit zu kennen - oder zumindest die Richtung, in die es bläst, wenn Sie aus irgendeinem Grund nicht nach draußen kommen können, um dies mit eigenen Sinnen zu erkennen - in Ihrer Nähe, oder an einem Ort, zu dem Sie bald reisen möchten, sind in der Tat nützliche Informationen. Zu diesem Zweck stehen viele verschiedene Anemometertypen zur Verfügung, von denen einige auf besonders ausgeklügelten Methoden zur indirekten Messung der Windgeschwindigkeit beruhen.
Woher kommt der Wind?
Ein kleines Kind erzählte, dass sich die Erde an ihrem Äquator mit einer Geschwindigkeit von 1.000 Meilen pro Stunde dreht und mit einer Geschwindigkeit von 800 Meilen pro Stunde bei 40 Grad (ungefähr dort, wo sich der größte Teil der US-Bevölkerung befindet), dass der Wind von der einfachen Peitsche herrührt um ein Objekt mit scheinbar unmöglichen Geschwindigkeiten. Obwohl dies intuitiv sinnvoll ist, ist das reale Bild weitaus komplexer, bietet aber auch wertvolle Hinweise auf Wetterphänomene, die mit dem Wind selbst zusammenhängen, aber von ihm unabhängig sind.
Die Sonne ist die ultimative Energiequelle für viele Prozesse auf der Erde, und Wind ist keine Ausnahme. Wind kommt hauptsächlich von verschiedenen Teilen der Erdoberfläche, die unterschiedliche Mengen an Wärme von der Sonne absorbieren. Diese Energie wird als Wind durch ausgedrückt Konvektion, die Übertragung von Wärme durch Bewegung in einer Flüssigkeit. Heißere Luft steigt in der Regel auf, während kühlere Luft absinkt, wodurch sich ein ständig wechselnder Luftaustausch zwischen benachbarten Luftregionen mit unterschiedlichen Temperaturen einstellt.
Der Wind zirkuliert rund um den Globus in bekannten "Bächen", die berühmten Luftströmen gleichen: Jet-Bächen, Passatwinden, Polar-Jets. Winde werden basierend auf ihren spezifischen Herkunftsquellen als kategorisiert geostrophische Winde, thermische Winde oder gradienten winde.
Die Physik der Windenergie
Luft hat Masse, daher ist es möglich, die kinetische Energie von sich bewegender Luft wie jedes andere Objekt zu berechnen. Die Gleichung für kinetische Energie ist KE = (1/2) mv2 wo v = Geschwindigkeit. (Die Windgeschwindigkeit ist selten lange konstant, daher wird die Windgeschwindigkeit normalerweise über kurze Zeiträume gemittelt, um aussagekräftige Daten zu erhalten.)
Die Masse eines gegebenen Luftvolumens ist seine Dichte mal sein Volumen oder ρV. Aber mit Wind Leistung, oder Energie pro Zeiteinheit, die interessierende Variable ist "Windmassenfluss" oder wie viel Luft über die Querschnittsfläche A der Turbine (oft ein Kreis) strömt. Das Gleichung für Windkraft erweist sich
Pw = (1/2) & rgr; Av3,
was bedeutet, dass die Leistung mit dem Würfel der Windgeschwindigkeit zunimmt. Das heißt, ein Wind von 30 MPH liefert 103 = tausendmal so viel Kraft wie ein Wind von 10 MPH!
(1 mi / h) = (mi / 1,609 m) (3600 s / h) = 0,447 m / s.
Arten eines Anemometers
Sie wissen bereits, was ein Anemometer "ist". Aber auf der granularen Ebene, welche Art von Geräten messen die Menschen die Windgeschwindigkeit?
Manchmal ist die Windrichtung das Hauptanliegen, wobei die Geschwindigkeit weniger wichtig ist. Vor diesem Hintergrund verfügen Flughäfen über Windsäcke, die viel über das Wetter in Kürze aussagen. Zum Beispiel bedeutet ein Wind aus Nordwesten (ein NW-Wind) normalerweise kühleres, trockeneres Wetter, wohingegen ein SE-Wind oft wärmere, feuchtere Luft bringt.
Funktionsweise von Anemometern
Das Tasse und Propeller Wie bereits erwähnt, ist der Anemometertyp der gebräuchlichste. Zum Glück ist seine Funktionsweise leicht zu erklären. Während der Wind den Arm des Propellers dreht, "drehen" sich die den Wind "fangenden" Becher durch einen Kreis mit bekanntem Radius (2 x π x Länge des Propellerarms oder Umfang) in bekannter Zeit als die Drehungen von die zentralen Stäbe werden gezählt. Die Gesamtstrecke (Umdrehungen mal Umfang) geteilt durch die Zeit ist die Windgeschwindigkeit.
Andere Arten von Anemometern bestimmen die Windgeschwindigkeit auf kompliziertere Weise. EIN Hitzdraht-Anemometer nutzt die Tatsache, dass, wenn Luft über ein Objekt strömt, das auf eine Temperatur erwärmt ist, die wärmer als die Luft ist, das Objekt gekühlt wird, wenn Wärme durch Konvektion abgeführt wird.
In einem Heißdraht-Anemometer wird ein elektrisch erwärmtes Metallkabel dem Wind ausgesetzt, während die Leistung erhöht oder verringert wird, um die Temperatur an der Drahtspitze konstant zu halten.Je höher die Windgeschwindigkeit, desto mehr Leistung wird zur Aufrechterhaltung des thermischen Gleichgewichts benötigt.
Messen des Luftdrucks - der selbst von einem Instrument namens a gemessen wird Barometer - kann auch zur Berechnung der Windgeschwindigkeit verwendet werden. Ein Rohranemometer misst beispielsweise den Luftdruck in einem Glasrohr, das nur an einem Ende offen ist. Die Windgeschwindigkeit kann aus der Druckdifferenz zwischen der Rohrinnenseite und der Außenseite berechnet werden.
Andere Anemometeranwendungen: Sport
Bei Laufveranstaltungen in internationalen Streckenwettbewerben im Freien, bei denen sich die Läufer in eine Richtung bewegen, kann der Wind den Wettbewerbern helfen (oder sie behindern) und bessere Zeiten erzielen. Aus diesem Grund wird bei diesen Veranstaltungen ein Anemometer an der Strecke angebracht. Die maximal zulässige Nettowindgeschwindigkeit in Richtung der Läufer zum Einstellen neuer Rekorde beträgt 2,0 m / s. Wenn der Windmesser zu irgendeinem Zeitpunkt während des Rennens über diesem Wert liegt, ist die Marke für Rekordzwecke nicht zulässig.
Aus einem früheren Abschnitt ist bekannt, dass die Windgeschwindigkeit in Meilen pro Stunde (MPH) etwas mehr als das Doppelte ihres Wertes in m / s beträgt. Ein Wind von 5 MPH, der im alltäglichen Sinne als recht bescheiden angesehen wird, reicht also aus, um einen Schub zu geben, der ein Zeichen außerhalb des Bereichs "wahrer" menschlicher Leistung setzt. Wenn Sie in einem Rennen von weniger als 10 Sekunden nur 0,01 Sekunden schneller als je zuvor sind, ist jeder Faktor entscheidend. Stellen Sie sich jetzt eine Strecke ohne moderne Zeitmessgeräte vor, geschweige denn mit Anemometern!