PureBoard

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; CO2 Reflection Simulation

;       R * T
; Vm = --------
;         p

; Vm : Volumen pro 1mol Stoffmenge
; R  : allgemeine Gaskonstante = 8,314472 J/(K*mol)  : K: Kelvin
; T  : absolute Temperatur in Kelvin

; 1mol = 6,022141 * 10²³ Teilchen (Gasmolkühle)

; CO2 Gehalt der Atmosphäre ~ 420ppm = 420 Teilchen auf 1 Mio Teilchen Luftgemisch => rund 4 CO2 Molekühle auf 10.000 Teilchen Luftgemisch
; oder 0,042% Anteil CO2

; -----------------------------
; weitere CO2 Daten
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; Molares Normvolumen (Vmn) 	    : 22,263 m3/kmol     (Kubikmeter pro Kilomol)
; Spezielle Gaskonstante (RCO2) 	: 0,1889 kJ/(kg · K)
; Normdichte (ρn) 	              : 1,977 kg/m3
; Dichteverhältnis CO2/Luft (d) 	: 1,529
; Durchmesser (Kovol. Durchmesser) : 2,76 Angström  (1 Angström = 0,1nm = 10e-10m)

; Kinetischer Durchmesser - das ist der pyhsikalische Wirkdruchmesser für Kollissionen
; (dieser ist etwas höher als der Durchmesser der Elektronenhülle). Das ist in etwa sowas wie die Bounding Box als Kugel!
; https://www.rhetos.de/html/lex/kinetischer_durchmesser.htm

; O2  = 0,346 nm = 346 pm (Sauerstoff)
; CO2 = 0,330 nm = 330 pm (Kohlendixide)
; H2O = 0,265 nm = 265 pm (Wasser, Wasserdampf)
; N2  = 0.364 nm = 364 pm (Stickstoff)
; Ar  = 0,340 nm = 340 pm (Argon)

; man beachte Argon kommt als einziges Gas (Edelgas) in Atomform vor. Alle anderen immer in der Molekühlform aus mindestens 2 Atomen.
; Das ist wichtig für Sauerstoff als O2 und Stickstoff als N2

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; Zusammensetzung der Atmosphäre
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; https://de.wikipedia.org/wiki/Erdatmosph%C3%A4re

; Was als Luft bezeichnet wird, besteht im Wesentlichen bei Außerachtlassen des wechselnden Wasserdampfgehalts
; (d. h. in Volumenprozent trockener, wasserdampffreier Luft)

; 78,08 % Stickstoff (N2) d.h. 78% aus N-N Teilchen
; 20,95 % Sauerstoff (O2) d.h. 20.95% aus O-O Teilchen
; 0,93 % Argon (Ar)
; dazu Aerosole und Spurengase, darunter Kohlenstoffdioxid %
; 0,04% CO2  d.h. 0,04% O-C-O Teilchen

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; Die Herausforderung
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; Diese Daten so runterrechnen, dass man auf dem Bildschirm vernüftig große Kügelchen bekommt.
; Dann schießt man von aussen (oben) Strahlen in die Gaskügelchen und kuckt wieviel davon die Kugeln treffen und absorbiert werden.
; Ein Treffer ist eine Absorbtion, egal welches Molekühl man trifft
; alle Strahlen die durchkommen werden unten von der Erdoberfläche reflektiert und nehmen den Weg zurück durch die Kügelchen.
; Ein Treffer ist wieder eine Absorption.
; Statistik führen, welches Gas wieviel Strahlen absorbiert getrennt in einfallend und ausghend.

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; nächster Schritt:
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; nun lässt man nur noch CO2 Teilchen absorbieren, alle anderen Gasmolkühle lassen praktisch 100% durch.
; Das ist praktisch der "Worst Case" CO2 ist der alleingie Verursacher von Absorption. Das ist natürlich Quatsch!
; Es ist aber eine praktische Abschätzung wieviel max. von CO2 absorbiert werden kann.

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; der finale Schritt:
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; jetzt nimmt man noch Wasserdampf mit hinzu und lässt nur CO2 und Wasserdampf absorbieren.
; der Wasserdampfgehalt der Atmosphäre bewegt sich zwischen 0 %vol bei eisiger Kälte bis 4 %vol bei tropischer Hitze
; jetzt spielt man etwas mit den Wasserdampfgehalten und schaut wie groß dessen Anteil im Vergleich zu CO2 ist

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; Ich habe keine Ahnung was dabei rauskommt, 
; bin aber extrem gespannt auf ein Ergebnis!

; mit Purebasic sollte sich das relativ einfach mit schöner Grafik siumlieren lassen!

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; PureBasic Beispiel: CO2-Reflexionssimulation

InitKeyboard()

; Fenster initialisieren
OpenWindow(0, 0, 0, 800, 600, "CO2-Reflexionssimulation", #PB_Window_SystemMenu | #PB_Window_ScreenCentered)
InitSprite()
OpenWindowedScreen(WindowID(0), 0, 0, 800, 600)

Global AnzahlMolekuele = 200
Global Dim MolekueleX.f(AnzahlMolekuele)
Global Dim MolekueleY.f(AnzahlMolekuele)
Global Dim MolekuelTyp(AnzahlMolekuele) ; 0=N2, 1=O2, 2=CO2, 3=H2O
Global Dim Absorbiert(AnzahlMolekuele)
Global AnzahlStrahlen = 100
Global Dim StrahlX.f(AnzahlStrahlen)
Global Dim StrahlY.f(AnzahlStrahlen)
Global Treffer_CO2 = 0
Global Treffer_H2O = 0

; Moleküle zufällig platzieren
Procedure InitMolekuele()
  For i = 0 To AnzahlMolekuele - 1
    MolekueleX(i) = Random(800)
    MolekueleY(i) = Random(600)
    MolekuelTyp(i) = Random(3) ; 0 = N2, 1 = O2, 2 = CO2, 3 = H2O
    Absorbiert(i) = 0
  Next
EndProcedure

; Strahlen zufällig initialisieren
Procedure InitStrahlen()
  For i = 0 To AnzahlStrahlen - 1
    StrahlX(i) = Random(800)
    StrahlY(i) = 0
  Next
EndProcedure

; Strahlen durch die Moleküle bewegen und Absorption berechnen
Procedure UpdateStrahlen()
  For i = 0 To AnzahlStrahlen - 1
    StrahlY(i) + 5
    
    ; Checke Kollision mit Molekülen
    For j = 0 To AnzahlMolekuele - 1
      If Absorbiert(j) = 0 And StrahlX(i) >= MolekueleX(j) - 10 And StrahlX(i) <= MolekueleX(j) + 10 And StrahlY(i) >= MolekueleY(j) - 10 And StrahlY(i) <= MolekueleY(j) + 10
        If MolekuelTyp(j) = 2 ; CO2
          Treffer_CO2 + 1
          Absorbiert(j) = 1 ; Molekül absorbiert Strahl
        ElseIf MolekuelTyp(j) = 3 ; H2O
          Treffer_H2O + 1
          Absorbiert(j) = 1
        EndIf
      EndIf
    Next
    
    ; Strahl zurücksetzen, wenn er den Bildschirm verlässt
    If StrahlY(i) > 600
      StrahlX(i) = Random(800)
      StrahlY(i) = 0
    EndIf
  Next
EndProcedure

; Zeichne die Moleküle
Procedure ZeichneMolekuele()
  StartDrawing(ScreenOutput()) ; Zeichnen auf den Bildschirm starten
  
  For i = 0 To AnzahlMolekuele - 1
    Select MolekuelTyp(i)
      Case 0
        Color = RGB(0, 0, 255) ; N2 - Blau
      Case 1
        Color = RGB(0, 255, 0) ; O2 - Grün
      Case 2
        Color = RGB(255, 0, 0) ; CO2 - Rot
      Case 3
        Color = RGB(0, 255, 255) ; H2O - Cyan
    EndSelect
    
    If Absorbiert(i) = 1
      Color = RGB(128, 128, 128) ; Absorbiertes Molekül wird grau dargestellt
    EndIf
    
    Circle(MolekueleX(i), MolekueleY(i), 10, Color)
  Next
  
  StopDrawing() ; Zeichnen beenden
EndProcedure

; Zeichne die Strahlen
Procedure ZeichneStrahlen()
  StartDrawing(ScreenOutput()) ; Zeichnen auf den Bildschirm starten
  
  For i = 0 To AnzahlStrahlen - 1
    Line(StrahlX(i), StrahlY(i), 0, 5, RGB(255, 255, 0)) ; Gelbe Strahlen
  Next
  
  StopDrawing() ; Zeichnen beenden
EndProcedure

; Initialisiere Moleküle und Strahlen
InitMolekuele()
InitStrahlen()

Repeat
  ExamineKeyboard()
  
  ClearScreen(RGB(0, 0, 0)) ; Bildschirm löschen (schwarz)
  
  UpdateStrahlen()
  
  ; Zeichne alle Moleküle und Strahlen
  ZeichneMolekuele()
  ZeichneStrahlen()
  
  ; Zeige Trefferstatistik
  StartDrawing(ScreenOutput())
  DrawText(10, 10, "CO2 Treffer: " + Str(Treffer_CO2), RGB(255, 255, 255))
  DrawText(10, 30, "H2O Treffer: " + Str(Treffer_H2O), RGB(255, 255, 255))
  StopDrawing()
  
  FlipBuffers() ; Bildschirm puffern, um das Zeichnen flüssig anzuzeigen
  
  Delay(16) ; Kleine Pause für bessere CPU-Nutzung
Until KeyboardPushed(#PB_Key_Escape)

End