Projekt „Fokus Maturaarbeit“ fokusmaturaarbeit.lu. ch

Pfenniger Jona

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Titel der Maturaarbeit:
Bestimmung der Solarkonstante unter Anwendung des Lambert-Beer’schen Gesetzes

Schule:
Kantonsschule Sursee

Betreuer/-in:
Chiantese Stefano

Kategorie:
Physik, Mathematik, Informatik, Technik

Poster:
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Zusammenfassung:
Die Solarkonstante stellt die Grundlage für das Verständnis des Klimas dar und findet eine wichtige Anwendung bei Solarzellen. Genaue Auskünfte über den Unterschied in der Sonnenstrahlung in den verschiedenen Breiten oder über die Strahlungsverschiedenheit je nach der Jahreszeit können gegeben werden, wenn man weiss, was an der Grenze der Atmosphäre ankommt. Jona hat die Bestrahlungsstärke der Sonne ausserhalb der Atmosphäre, d.h. die Solarkonstante, gemessen. Da die Atmosphäre die Bestrahlungsstärke der Sonne abschwächt, ist eine bekannte Herausforderung, die Solarkonstante von der Erde aus zu ermitteln. Jona hat das Lambert-Beer’schen Gesetz verwendet, um eine lineare Funktionsvorschrift für den Logarithmus der Intensitätswerte in Abhängigkeit der Hebungswinkel der Sonne zu haben. Durch Extrapolation dieser Geraden ist Jona zur Solarkonstante gelangt. Für die Messung der Bestrahlungsstärke auf der Erde stellt sich die Frage, welche Messvorrichtung am besten geeignet ist. Dafür hat Jona selber ein Messgerät gebaut. Eine weitere Herausforderung war, die Umwelteinflüsse bei den Messungen möglichst zu eliminieren. Die Messabweichungen bei den Messungen wurden von Jona betrachtet und analysiert. Mittels einer linearen Regression hat Jona einen sehr guten Messintervall für die Solarkonstante gefunden.

Würdigung:
Jona hat eine sehr präzise Messvorrichtung gebaut, mit der Metallplatten für jeden Hebungswinkel der Sonne problemlos senkrecht zur Sonne positioniert werden können und somit am besten die Sonnenstrahlung ermitteln kann. Mit einer bekannten Leistung erhitzten Referenzplatte konnte Jona auf hervorragende Weise die Welteinflüsse mehrheitlich beseitigen. Jona hat die Methodik der physikalischen Forschung gelernt und diese Arbeit auf das Niveau eines wissenschaftlichen Artikels übernommen. Dies zeigt sich u.a. dadurch, dass der von Jona gemessene Wert der Solarkonstanten sehr nahe am Referenzwert liegt, dass eine Fehleranalyse durchgeführt wurde, dass Jona die Rolle der Erdkrümmung analysiert hat und gezeigt hat, dass die Elevation der Sonne während der Messung grösser als 30.7° sein soll. Nicht zuletzt hat Jona die Messungen auf verschiedenen Höhen durchgeführt.
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