DE2912923C2

DE2912923C2 - Gerät zur modellmäßigen Darstellung der jahreszeitlichen Wirkung der Sonnenbestrahlung auf der Erde

Info

Publication number: DE2912923C2
Application number: DE19792912923
Authority: DE
Inventors: Roland Prof. Dr. 4400 Münster Szostak
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-03-31
Filing date: 1979-03-31
Publication date: 1984-07-26
Also published as: DE2912923A1

Description

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Die Erfindung betrifft ein Gerät zur modellmäßigen Darstellung der jahreszeitlichen Wirkung der Sonnenbestrahlung auf der Erde unter Berücksichtigung ihrer Rotation und ihres Umlaufes um die Sonne mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Bei einem bekannten Gerät dieser Art, einem sogenannten Tellurium, läßt sich ein Lichtpunkt auf die Erdkugel werfen, der den Zenitstand der Sonne anzeigt (DE-GM 19 31 710).

Es iso bekannt, ein Thermometer von einem Hohlkörper zu bilden, der mit einer Substanz beschichtet ist, welche ihreFarbe aufgrund einer Änderung der Außentemperatur verändert (DE-GM 70 41 676).

Bei beiden bekannten Geräten bleiben Gesichtspunkte der Erwärmung durch gerichtete Bestrahlung und die Beachtung entsprechend bedingter Temperaturverteilungen auf dem Hohlkörper grundsätzlich außer Betracht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein insbesondere für Unterrichtszwecke bestimmtes Gerät der im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschriebenen Art so auszubilden, daß es die ursächlichen Zusammenhänge der täglichen und jahreszeitlichen Temperaturveränderungen und die Ausprägung verschiedener Klimazonen anschaulich erkennbar macht.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind bei einem Gerät der genannten Art die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen.

Mit dem Gerät nach der Erfindung läßt sich die Temperaturverteilung auf der Oberfläche der Erde dadurch darstellen, daß man die Kugel mittels einer Wjme- bzw. Lichtquelle bestiahlt Geschieht dies beim Stillstehen der Kugel, so ändern nur diejenigen Oberflächenbereiche die gegenüber der Einfallsrichtung der Strahlung am geringsten geneigt sind, ihr Aussehen. Bei um ihre Achse rotierender Kugel entsteht eine ringförmige Zone mit verändertem Aussehen. Die Mitte dieser Zone liegt auf dem Äquator, wenn die Rotationsachse senkrecht zur Einfallsrichtung der Strahlung steht. Diese Ringzone ist in Abhängigkeit von der Neigung zum einen oder anderen Pol der Kugel hin verschoben, wenn die Rotationsachse nicht senkrecht auf der Einfallsrichtung der Strahlung steht. Eine Neigung von etwa 23,5° der Rotationsachse der Kugel entspricht der Schiefe der Ekliptik. Führt man die rotierende Kugel in der Weise um die Strahlungsquelle herum, daß die Rotationsachse eine feste Orientierung gegenüber der Umgebung beibehält, so verändern diese Ringzonen ihre Lage in einer solchen Weise, wie es 6™i jahreszeitlichen Änderung des Klimas auf der Erde entspricht, d. h. die Ringzone mit verändertem Aussehen verändert ihre Lage zwischen dem nördlichen und dem südlichen Wendekreis.

Aus Gründen der Energieökonomie ist es zweckmäßig, wenn die Wärmequelle vorzugsweise in eine Richtung strahlt Dazu müßte sie bei herumgeführter Kugel jeweils mitgedreht werden, damit die Kugel zentral bestrahlt wird. Alternativ kann dieselbe Wirkung auch erzielt werden, wenn die Kugel nicht um den Strahler herumgeführt wird, sondern ein Gestell, auf dem die rotierende Kugel montiert ist, auf der Stelle entsprechend schrittweise gedreht wird, so de^ sinngemäß dieselben wechselnden Orientierungen zwischen Rotationsachse und Einstrahlungsrichtung entstehen.

Es ist zweckmäßig, auf der Kugel Markierungen für den Äquator und die beiden Wendekreise und ggf. auch für die Polarkreise anzubringen. Ferner kann die Kugeloberfläche entsprechende Markierungen der geographischen Landmassen, der Kontinente, erhalten. Um eine noch engere Nähe zum vertrauten Globus herzustellen, kann es zweckmäßig sein, die Meere in normalem Blau ohne Änderung ties Aussehens bei Bestrahlung zu markieren und nur diejenigen Bereiche, die die Landmassen darstellen, mit der genannten Substanz zu beschichten.

Generell ist die Wärmeleitfähigkeit der Kugel gering gewählt, um einerseits »Verschmierungen« der Wärmeverteilungen zu verhindern und andererseits einen unnötigen Wärmetransport in das Kugelinnere zu vermeiden, der eine höhere Leistung der Wärmequelle erzwänge und zu unerwünscht großer Trägheit der thermochromen Reaktionen auf der Kugeloberfläche führen würde.

Eine anstelle der thermochromen Substanz zur Beschichtung verwendete lumineszierende Substanz zeigt unter dem Einfluß von Licht- bzw. UV-Lichteinstrahlung ein Nachleuchten von mehreren Sekunden bis zu wenigen Minuten. Die auf der rotierenden Kugel am stärksten bestrahlten Gebiete heben sich als besonders stark nachleuchtender Ring hervor. Auf diese Weise lassen sich außerdem deutlich diejenigen Gebiete auf der

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Kugeloberfläche aufzeigen, die zu keiner »Tageszeit« Licht erhalten, also die Polarkreisgebiete in den jeweiligen Positionen des nördlichen bzw. südlichen Winters.

Die Erfindung ist im folgenden anhand von Abbildungen mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Es zeigt

Abbild 1 eine erste Ausführung des Gerätes gemäß der Erfindung;

Abbild 2 eine zweite Ausführung eines Gerätes gemäß der Erfindung;

Abbild 3 üine dritte Ausführung eines Gerätes gemäß der Erfindung und
Abbild 4 eine vierte Ausführung. Das Gerät nach Abbild 1 umfaßt eine Wärmestrahlungsquelle 1, die ebenso wie eine mit thermochromer Substanz beschichtete Kugel 2 auf einer Tischplatte 6 aufgestellt ist Die Kugel 2 trägt ringförmige Markierungen in Form von parallelen Kreisen, weiche den Erdäquator und die Wendekreise repräsentieren. Die Rotationsachse der Kugel 2 ist um einen dem Winkel der Ekliptik entsprechenden Winkel von 23,5° geneigt. In dieser Rotationsachse ist ein Motor 4 zum Antrieb der Kugel 2 um ihre Drehachse angeordnet und auf einem Gestell 5 unterstützt Mit der Bezugszahl 7 is; ein Bedienungshebel für das Ein- und Ausschalten der Rotation der Kugel 2 und die Einstellung der Drehgeschwindigkeit bezeichnet.

Auf der Oberfläche der Kugel 2 ist eine Ringzone 3 schraffiert angedeutet In dieser der Bestrahlung am meisten ausgesetzten Ringzone 3, weiche die Position des südlichen Sommers symbolisiert, verfärbt sich die Kugel zur Veranschaulichung der Jahreszeiten. Die Zone 3 verschiebt sich auf der Kugel 2 nach oben, — nach »Norden« —, wenn die Position der Kugel gegenüber der Strahlungsquelle entsprechend dem Erdumlauf um die Sonne mit im Raum festgehaltener Richtung der Drehachse verändert wird.

Die Ausführung des Gerätes nach Abbild 2 unterscheidet sich von derjenigen nach Abbild 1 dadurch, daß die Kugel 2 hier mit ihrer ebenfalls um 23,5° zur Normalen auf die Tischfläche 6 geneigten Drehachse in einem halbkreisförmigen Bügel 8 unterstützt und mittels eines Drehknopfes 4a von Hand in Bewegung setzbar ist In A b b i I d 2 sind nur die von der Wärmestrahlungsquelle parallel ankommenden Strahlen Xa dargestellt.

Es ist hervorzuheben, daß durch entsprechende Änderung der Rotationsgeschwindigkeit der Kugel 2 sowie durch Veränderung der Winkellage der Drehachse der Kugel bezüglich der Strahlungsquelle Verhältnisse eingerichtet werden können, wie sie auf anderen Planeten oder z. B. auf dem Mond vorkommen.

Bei dem abgewandelten Gerät nach Abbild 3 ist die mittels eines Motors 4 in Drehung versetzbare Kugel 2 ebenso wie die Strahlungsquelle 1 auf einem Hebel 10 in festem Abstand angeordnet, wobei dieser Hebel 10 um einen mit der Drehachse der WärmestrahlungsquRl-Ie 1 zusammenfallende Achse bezüglich eines Gestells 9 drehbar ist. Es ist zusätzlich eine Drehvorrichtung 11 vorgesehen, welche bei dem Verdrehen des Hebels 10 die Achsenlage der Kugel 2 bei ihrer Bahn um die Wärmestrahlungsquelle 1 stets raumfest hält Diese Drehvorrichtung 11 kann von einem einfachen Zahnradgetriebe mit Zahnriemen gebildet sein.

Die Abwandlung des Gerätes nach Abbild 4 unterscheidet sich von der Ausführung nach Abbild 1 dadurch, daß die Kü^el 2 mit ihrer Drehachse 4 exzentrisch an der drehbaren Oberplatte eines Gestells 12 gelagert ist, das eine mii der Tischplatte 6 feste Unterplatte umfaßt Die Oberplatte ist um eine zur Tischplatte 6 senkrechte Achse schwenkbar, weiche durch den Mittelpunkt der Kugel 2 geht. Durch diese Konstruktion läßt sich ein Herumführen der Kugel um die Strahlungsquelle vermeiden.

Die Kugeln 2 können als auf die Achse steckbare Teile ausgebildet sein, um in einfacher Weise einen Austausch mit einem Planeten-Modellkörper oder einem üblichen Erdglobus zu ermöglichen. Dies ist insbesondere bei der aufwendigen Ausführung nach Abbild 3 zweckmäßig, welche ein übliches Tellurium darstellt

Die Strahlungsquelle 1 kann bei allen gezeigten Ausführungsbeispielen auch als einfache Lichtquelle (ohne bedeutende Wärmestrahlung) ausgeführt sein, wobei dann die Kugel anstatt mit einer thermochromen Substanz mit einer lumineszenten Substanz beschichtet ist. Die Ringzone 3 beginnt in diesem Fall auf eine Bestrahlung hin nachzuleuchten anstatt sic.i zu verfärben, was man am besten nach Ausschalten der Lichtquelle und Verdunke'ung des betreffenden Raumes beobachtet.

Hierzu 2 Blatt Zeichnung'-n

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Claims

Patentansprüche:

1. Gerät zur modellmäßigen Darstellung der jahreszeitlichen Wirkung der Sonnenbestrahlung auf der Erde unter Berücksichtigung ihrer Rotation und ihres Umlaufes um die Sonne, mit einer drehbar gelagerten Kugel, wobei der Winkel ihrer Drehachse zur Normalen der Ebene, auf der das Gerät im Betrieb steht, eingestellt werden kann, insbesondere entsprechend dem Winkel von etwa 23,5° der Erdäquatorebene zu der Erdbahnebene (Ekliptik), und mit einer von außen die Kugel bestrahlenden Strahlungsquelle, die vorzugsweise parallel zu der Standebene des Gerätes auf die Kuge! gerichtet ist und deren Strahlungszentrum sich vorzugsweise auf gleicher Höhe über der gemeinsamen Auflageebene wie der Mittelpunkt der zu bestrahlenden Kugel befindet, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugel (2) aussein Material geringer Wärmeleitfähigkeit besteh: und an ihrer Oberfläche mit einer thermochromen oder Iumineszenten Substanz beschichtet ist, so daß bei entsprechender Bestrahlung mit der als Wärme- oder Lichtquelle ausgebildeten Strahlungsquelle die am stärksten bestrahlten Oberflächenteile einen Farbumschlag, der bei entsprechender Abkühlung wieder in den ursprünglichen Farbzustand zurückkehrt, oder ein mehr oder weniger starkes Nachleuchten zeigen.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf de Oberfläche der Kugel (2) Markierungen angebracht sind, welche die Lage des Äquators, der beiden Wendekreise und ggf. der beiden Polarkreise und ferner ggf. die Konturen der Kontinente angeben.

3. Gerät nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Kugel (2) nur diejenigen Gebiete mit der genannten Substanz beschichtet sind, die den Kontinenten entsprechen, während die den Weltmeeren entsprechenden Gebiete beispielsweise als blaue Flächen ohne Beschichtung mit der genannten Substanz ausgeführt sind.