Палагай Наталия Геннадиевна

Урок по физике в 7–8 классе «Влияние цвета и тени на температуру»

Материал опубликован 23 May 2016

Введение

Данная работа посвящена исследованию влиянию цвета и тени на температуру тел. Теплота – непременный участник почти всех жизненных и производственных процессах. Глобальные процессы теплообмена тесно связаны с нагреванием Земли солнечным излучением. Солнечная энергия – источник жизни на Земле. Поэтому ведутся поиски способов наиболее эффективного ее использования.

Актуальность данной работы определяется тем, что в настоящее время, используя знания человечества об эффективном использовании солнечной энергии, мы можем переходить от глобальных проблем, к практическим действиям для более рационального использования энергии.

Цель работы: исследовать влияние цвета и тени на температуру окружающей среды.

Задачи: 1) изучить зависимость излучения и поглощения от состояния поверхности тела; 3) рассмотреть использование способностей тел по-разному поглощать энергию в энергосберегающих технологиях.

Объект исследования: создание оптимального температурного режима при экономии энергии.

Предмет исследования: взаимосвязь излучения и поглощения энергии от состояния поверхности тел.

Настоящая работа содержит два раздела. В первом раскрывается теоретическая основа работы. Во втором разделе описывается ход проведения исследовании и его результаты.

Результаты данной работы могут быть использованы, как рекомендации для их использования в строительстве зданий.

Раздел 1 Тепловое излучение

Излучение - как вид теплопередачи

Передача тепла в среде происходит при наличии разности температур. При этом тепло распространяется из области повышенных температур в область пониженных. Например, зимой в отапливаемых зданиях теплопередача происходит через наружные ограждения из здания, а летом при сильном нагреве поверхностей стен за счет солнечной радиации – в здание. Из своего опыта мы знаем, если приблизить руку к электрической плите, утюгу или к любому другому нагретому телу, ощущается теплота. Если же поместить между нагретым телом и руками лист белой бумаги, то руки перестают ощущать нагревание. Любое нагретое тело испускает невидимое тепловое излучение, которое частично поглощается другими телами. Излучают энергию все тела: большие и маленькие, твердые и жидкие, горячие и холодные, светящиеся и темные. Однако при повышении температуры мощность теплового излучения всех тел увеличивается, то есть ежесекундно тело начинает излучать больше теплоты. С повышением температуры тела увеличивается и энергия, предаваемая в окружающее пространство путем излучения. Невидимое тепловое излучение возникает за счет внутренней энергии излучающей системы и имеет такую же природу; как и видимое, которое вызывают светом. Передача энергии излучением отличается от других видов теплопередачи тем, что она может осуществляться в полном вакууме. Излучением передается на Землю солнечная энергия. Излучение, распространяясь от тела, попадает на другие тела. При этом энергия излучения частично отражается, а частично поглощается телами, превращаясь в их внутреннюю энергию, вследствие чего они нагреваются.

1.2 Применение излучения

Все ли тела одинаково поглощают энергию? Проведем опыт с теплоприемником и манометром. Повернем теплоприемник к нагретому телу сначала черной, а потом блестящей стороной, Столбик жидкости в манометре будет перемещаться в первом случае на большее расстояние, чем во втором. Можно сделать вывод, что тела с темной поверхностью поглощают лучше энергию и сильнее нагреваются, а также быстрее охлаждаются путем излучения.

Способность тел по-разному поглощать и излучать энергию находит широкое применение.

Темная, вспаханная почва сильнее нагревается излучением, но быстрее и охлаждается, чем почва, покрытая растительностью. В ясные, безоблачные ночи почва сильно охлаждается — излучение от почвы беспрепятственно уходит в пространство. Если же погода облачная, то облака закрывают Землю и играют роль своеобразных экранов, защищающих почву от потери энергии путем излучения. Одним из средств повышения температуры участка почвы и припочвенного воздуха служат теплицы, которые позволяют полнее использовать излучение Солнца. Стекло хорошо пропускает видимое солнечное излучение, которое, попадая на темную почву, нагревает ее, но хуже пропускает невидимое излучение, испускаемое нагретой поверхностью Земли.

Воздушные шары и крылья самолетов красят серебристой краской, чтобы они не нагревались солнцем. Если же нужно использовать солнечную энергию, например, для нагревания некоторых приборов, установленных на искусственных спутниках Земли, то эти части окрашивают в черный цвет.

Раздел II Описание опыта

Приборы и оборудование: настольная лампа (100Вт), две пустые коробки, листы цветного картона, комнатный цветок.

Опыт проводится в три этапа.

Этап 1.

Берем обе коробки и устанавливаем их на одинаковом расстоянии от лампы, чтобы они получали одинаковое количество света. Ставим горшок с растением между лампой возле первой коробки таким образом, чтобы тень покрывала ее большую часть. Включаем лампу. Измеряем температуру воздуха в обоих коробках через 1 час

Результат:

Температура воздуха до начала эксперимента в коробках: t=22°С;

Температура воздуха после начала эксперимента: в I коробке-23°С

во II коробке-26°С

Этап 2

Накрываем одну коробку черным картоном, другую белым. Устанавливаем коробки на одинаковом расстоянии от лампы, так, чтобы они получали одинаковое количество света. Измеряем температуру в коробках до эксперимента и после 30 минут работы лампы.

Результат:

Температура воздуха до начала эксперимента в коробках: t=22°С;

Температура воздуха после начала эксперимента: в I коробке-22,5°С

во II коробке-27°С

Этап 3

Проводим в несколько этапов. Накрываем одну коробку красным картоном,. Устанавливаем коробки на одинаковом расстоянии от лампы, так, чтобы они получали одинаковое количество света. Измеряем температуру в коробках до эксперимента и после 30 минут работы лампы. Повторяем с картоном коричневого и зеленого цвета, фольгой.

Результат:

красный картон

Температура воздуха до начала эксперимента в коробках: t=22°С;

Температура воздуха после начала эксперимента: в I коробке-23°С

во II коробке-24,5°С

коричневый картон

Температура воздуха до начала эксперимента в коробках: t=22°С;

Температура воздуха после начала эксперимента: в I коробке-23°С

во II коробке-26°С

зеленый картон

Температура воздуха до начала эксперимента в коробках: t=22°С;

Температура воздуха после начала эксперимента: в I коробке-23°С

во II коробке-23,5°С

фольга

Температура воздуха до начала эксперимента в коробках: t=22°С;

Температура воздуха после начала эксперимента: в I коробке-23°С

во II коробке-22°С

Данный опыт отчётливо показал влияние цвета поверхности на изменение температуры. Нужно учесть, что при проведении опыта не были учтены все факторы (отражающая способность поверхности, толщина покрытия), влияющие на конечный результат. Поэтому данные температуры представлены не как абсолютные величины. Результаты опыта представлены в виде диаграмм.

Вывод

Мы рассмотрели способность тел в зависимости от состояния поверхности поглощать энергию. И опытным путем доказали, что тела с темной поверхностью, лучше поглощают энергию и сильнее нагреваются. Для нашего региона, где продолжительность светового дня доходит до 2200часов, иногда бывает трудно поддерживать оптимальный температурный режим и использовать принципы энергосбережения. Поэтому опираясь на полученный результат, можно сделать выводы: 1.Цвет нашего дома (особенно кровля) тоже играет важную роль в поддержании температурного режима. Светлые цвета больше отражают солнечный свет. Темные цвета, наоборот, поглощают. Если выкрасить свой дом в светлые цвета, то в течение лета он будет более прохладным, а зимой меньше отдавать тепла. 2.Растения своей тенью блокируют попадание солнечного света. Таким образом, летом они помогают нам поддерживать прохладу в доме. Зимой же, когда листья с деревьев опадают, то солнечный свет проникает в дом, нагревая его. Используя данные выводы, мы сможем сократить расход энергии в наших домах.

Литература