Інформація для вчителів
Застосування
Схема досліду
На прикладі блискучого й чорного стаканів, які дістають теплове випромінювання від полум'я, учні опановують поглинальну властивість чорних поверхонь. Цей принцип застосовують у сонячній тепловій енергетиці в сонячних колекторах. Сонце світить на темну поверхню й так оптимально нагріває теплоносій, що протікає крізь неї.
Це, крім того, і є причина того, що будинки в місцевостях із сильним сонячним випромінюванням переважно фарбують у білий колір. Білий колір поглинає менше теплової енергії. Так уникають зайвого нагрівання будинку. Додатково це явище можна відчути на власному тілі, коли влітку носиш чорний одяг і через це починаєш швидше пітніти.
Інша інформація для вчителя (1/3)
Попередні знання
Учні мають вміти поводитися з бутановим пальником.
Принцип
Блискучий і чорний стакани нагріваються випромінюванням. Чорний стакан поглинає випромінювання краще й через кілька хвилин нагрівається сам і нагріває повітря всередині себе, бо чорний колір не має відбивних властивостей. Натомість блискучий стакан відбиває випромінювання, тож повітря в стакані майже не нагрівається.
Інша інформація для вчителя (2/3)
Навчальна мета
Учні мають опанувати те, що чорні тіла поглинають теплове випромінювання дуже добре, а відбивні - навпаки, порівняно погано.
Завдання
Дослідь поглинання тепла блискучою й чорною поверхнею.
Інша інформація для вчителя (3/3)
Зауваження
У цьому досліді Сонце замінює світне полум'я перед стаканами. Стакани заповнені повітрям, бо вода має велику теплоємність і нагрівалася б надто повільно. Полум'я має стояти перед обома стаканами, щоб вони нагрівалися головно випромінюванням, а не конвекцією.
Обернене фізичне твердження «чорні поверхні випромінюють теплову енергію краще, ніж блискучі» вимірюванням температури можна довести лише недостатньо. Якщо налити в обидва стакани гарячу воду однакової температури, то спадання температури в обох випадках буде подібним за величиною. Різниця мала б бути значно більшою, якби втрата тепла спричинялася лише випромінюванням. Та оскільки дослід відбувається не у вакуумі, більша частина тепла віддається теплопровідністю крізь стінку й тепловіддачею до повітря, що дотикається. Доведення різної теплової емісії краще виконати в демонстраційному досліді за допомогою куба випромінювання (Леслі) (арт. № 04555-00) і чутливої до випромінювання термостовпчика (арт. № 08479-00).
Правила безпеки
Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.
Інформація для учнів
Мотивація
Багато будинків нині мають установлені сонячні колектори (пор. рис.). Вони мають призначення перетворювати сонячне випромінювання на теплову енергію. Це працює найкраще, коли модулі мають темне покриття.
Докладніше про це ти дізнаєшся за допомогою цього досліду.
Панелі сонячної теплової енергетики
Завдання
Яке тіло найкраще нагрівається сонцем?
Дослідь поглинання тепла блискучою й чорною поверхнею.
Схема досліду
Обладнання
| Позиція | Обладнання | Артикул | Кількість |
|---|---|---|---|
| 1 | Основа штатива, PHYWE | 02001-00 | 1 |
| 2 | Штативний стрижень, нерж. ст., l=250 мм, d = 10 мм | 02031-00 | 1 |
| 3 | Штативний стрижень, нерж. ст., l=600 мм, d = 10 мм | 02037-00 | 1 |
| 4 | Подвійна муфта | 02043-00 | 1 |
| 5 | Тримач для скляної трубки | 05961-00 | 1 |
| 6 | Стакан, блискучий | 05903-00 | 1 |
| 7 | Стакан, чорний | 05904-00 | 1 |
| 8 | Гумовий корок 26/32, отвір 7 мм | 39258-01 | 2 |
| 9 | Навчальний термометр, -10...+110 °C | 38005-02 | 1 |
| 10 | Навчальний термометр, -10...+110 °C | 38005-10 | 1 |
| 11 | Секундомір, цифровий, 24 години, 1/ 100 с та 1 с | 24025-00 | 1 |
| 12 | Бутановий пальник Labogaz 206 | 32178-00 | 1 |
| 13 | Бутановий картридж, без вентиля, 190 г | 47535-01 | 1 |
| 14 | Гліцерин, 250 мл | 30084-25 | 1 |
Складання (1/3)
Збери дослід відповідно до рисунків у порядку зліва направо.
Складання (2/3)
- Всунь обидва термометри однаково глибоко в гумові корки, так щоб вони виступали приблизно на 3 см, і насади гумові корки на стакани.
Складання (3/3)
- Закріпи термометри в тримачі скляних трубок і виведи обидва стакани на висоту полум'я пальника.
Виконання
- Зчитай початкову температуру обох термометрів і занеси її до таблиці (час t = 0).
- Постав пальник зі світним полум'ям на відстані близько 5 см посередині перед обома стаканами.
- Запусти секундомір і щохвилини зчитуй обидві температури.
Протокол
Завдання 1
Занеси температуру обох стаканів до таблиці. - для блискучого стакана, - для чорного.
у хв
0
1
2
3
T_1 у °C
T_1 у °C
T_1 у °C
T_1 у °C
T_2 у °C
T_2 у °C
T_2 у °C
T_2 у °C
у хв
4
5
6
7
T_1 у °C
T_1 у °C
T_1 у °C
T_1 у °C
T_2 у °C
T_2 у °C
T_2 у °C
T_2 у °C
T_1 у °C
T_2 у °C
у хв
8
T_1 у °C
T_2 у °C
9
T_1 у °C
T_2 у °C
10
Нанеси виміряні значення на t-T-діаграму.
Завдання 2
Питання
Завдання 3
Поміркуйте, чи не відіграють результати цього досліду певної ролі й у вашому житті (наприклад, улітку).
Як іще, можливо, використали результати цього досліду (підказка: зображення)?
Каплиця, Санторині - Греція