実習　日射計で太陽放射を計る

【使うもの】　水温式日射計、時計、注水ビン、デジタルハカリ

【手順】
１）日射計に水を入れる。水の質量はあらかじめハカリで確かめておく（あるいは事後にメスシリンダーで計る）。
２）日射計を太陽光を正面から受ける角度に置く。角度は受光面に垂直に刺した針の影で微調整する。
３）１０分間おいて、水温がどのくらい上がるか記録する。１分ごとに記録すると良い。
４）水の比熱は１cal/g/℃である。水温の上昇量と水の質量から、日射計が得た熱エネルギーを計算する。
５）１分間、１ｃｍ^２あたりに得た熱エネルギー（cal単位）　さらに１秒間、１ｍ^２あたりに得た熱エネルギー（Ｊ単位）を求める。

【結果と解説】
測定例
１）水量は４０ｇとして解説します
２）グラフをほぼ直線と見なすと、１０分間で１０℃上昇したことになります。
３）日射計が得た熱エネルギー＝水の質量×温度差×水の比熱
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　＝４０ｇ　×　１０℃　×　１cal/g/℃
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　＝４００cal
４）日射計の受光面は３６ｃｍ^２です。
　４００cal／１０分／３６ｃｍ^２　＝　訳１．１cal/分/ｃｍ^２
５）１cal＝４．２Ｊから　１．１　×４．２　×　１００００　／６０　
　　　　 ＝　７７０Ｊ/秒/ｍ^２　　
　　　　 ＝　７７０Ｗ/ｍ^２

６）太陽定数１４００Ｗ/ｍ^２の５５％

【授業風景】
　

教員用レシピ
【つかうもの】
日射計、針、注水ビン、ストップウォッチ、電卓、デジタルはかり
【手順】
１）日射計の質量をカラのまま計る。
２）注水ビンを用いて、容器に水を入れ、ゴム栓をして再び質量を計る（あるいは事後に水の量をメスシリンダーで計る）。
３）容器を断熱材にはめる。
４）日射計の黒い受光面が正面から光を受けるためには、どのような置き方をすれば良いか、あらかじめ考える。
受光面に垂直に刺した針を利用する。
５）屋上に日射計をセットし、1分ごとに10分間水温を測る。水温は０．５℃単位まで読み取る。工夫して正しい角度に置く。
【時間】　５０分

■教員からすると単純な実験に思えますが、一体何を測定しているのかよく分からない生徒も多いようです。この実験は
１）日差しの暖かさ（放射）と大気の暖かさ（伝導）は異なる。気温は後者。
２）水を温めたのは放射（気温のせいではない・・・とする）。だから日射計は太陽に向ける。
３）水温の上昇→「比熱」→熱エネルギー（比熱の計算）
といったことの理解を前提にしているので、実はなかなか手強いのです。
■太陽に向けて受光面を設置するのも、けっこうできません。「垂直に刺した針の影を見よ」と言っても、なかなか意味が通じないようです。自分の影で受光面を遮る生徒も多い。
■それでも、かなりアバウトにやっても、グラフはだいたい直線になります。お天気のいい日に屋上に出る、という意義もあります。
■面倒なときは、（日中なら）地面にベタ置き、１０分間の上昇量を計るだけ、水もあらかじめ入れておき簡単にメスシリンダーで計る（あるいは計らずに一律の値で計算）。