Opgave
Eind 1995 werd in Frans Guyana de astronomische satelliet ISO gelanceerd. ISO is een afkorting die staat voor “Infra-red Space Observatory”. Deze satelliet meet de intensiteit van infraroodstraling met golflengten tussen 2,5 µm en 250 µm.
De kosmische objecten die ISO bestudeert, hebben een lage temperatuur en kunnen worden beschouwd als zwarte stralers.
a) Bereken de temperatuur van het koudste object waarvan de top van de stralingskromme door ISO te meten is.
Voor zijn energievoorziening maakt ISO gebruik van een zonnepaneel. Een automatisch systeem zorgt ervoor dat het zonnepaneel tijdens de vlucht steeds zo wordt gericht, dat het zoveel mogelijk zonnestraling opvangt.
b) Leg uit of deze manier van richten een meetsysteem, een stuursysteem of een regelsysteem is.
De waarnemingsapparatuur moet een lage temperatuur hebben. Om die te bereiken, wordt de waarnemingsapparatuur van ISO voortdurend gekoeld. Als koelsysteem wordt een cryostaat (een soort grote thermosfles) gebruikt die met 2100 liter vloeibaar helium gevuld is. Om te illustreren hoe goed de cryostaat geïsoleerd is, werd in een persbericht een vergelijking gemaakt met de volgende situatie:
“Wanneer de cryostaat gevuld wordt met 2100 kg kokend water in plaats van met vloeibaar helium, duurt het 6,0 jaar voordat het water tot kamertemperatuur (20 °C) afgekoeld is.”
c) Bereken het gemiddelde vermogen dat in die situatie door de isolatie wordt doorgelaten.
Uitwerking vraag (a)
• Volgens de wet van Wien geldt: λmax * T = Kw
• De grootste λmax correspondeert dus met de laagste temperatuur.
• Tmin = Kw / λmax
• Tmin = 2,898.10-3 / 250.10-6 = 11.6K
Uitwerking vraag (b)
• Dit is een regelsysteem omdat er steeds teruggekoppeld wordt op de meest ideale stand van het paneel.
Uitwerking vraag (c)
• Het water van 2100 kg zal afkoelen van 100 tot 20°C in 6 jaar.
• 6 jaar = 6*365*24*3600 = 1,89.108 s
• Q = m * c w * ∆t
• Q = 2100 * (4,18.103) * 80
• Q = 7,02.108 J
• Per seconde: (7,02.108) / (1,89.108) = 3.7 J
• Plek = 3.7 W
