Інформація для вчителів
Опис
Експериментальна установка
Цей експеримент пояснює принцип парникового ефекту. При температурі поверхні близько 5600°C Сонце в основному випромінює у напрямку до Землі теплове випромінювання в діапазоні 500 нм. Випромінювання цієї довжини хвилі майже повністю затримується земною атмосферою і нагріває поверхню Землі в середньому приблизно до 30°C. Зі свого боку, назад в атмосферу земна поверхня в основному випромінює інфрачервоне випромінювання з довжиною хвилі 10000 нм.
Водночас, випромінювання цієї довжини хвилі значною мірою поглинається парниковими газами (такими як метан або CO2). Парникові гази, в свою чергу, випромінюють назад до земної поверхні, що нагріває її ще більше. Цей ефект називається парниковим. Назва пов'язана з тим, що той самий принцип відбувається і в теплиці, де "земна атмосфера" теплиці представлена скляними вікнами.
Додаткова інформація для вчителів (1/3)
Попередні знання
Учні повинні бути знайомі з основними поняттями відбиття та поглинання.
Принцип
В експерименті нагріта земля представлена чорним стаканом з гарячою водою. Парникові гази замінені тонким пластмасовим диском.
Температура води контролюється термометром. Теплове випромінювання, яке випускає чорний стаканчик, вимірюється термогенератором один раз з пластмасовою пластиною на шляху променя і один раз без неї. Це дає можливість спостерігати парниковий ефект.
Додаткова інформація для вчителів (2/3)
Мета навчання
Учні вивчають причини та наслідки парникового ефекту.
Завдання
Нагрійте воду в сонячному колекторі за допомогою світлового випромінювання і виміряйте температуру, один раз з пластмасовою пластиною між джерелом світла і сонячним колектором і один раз без неї. Потім порівняйте отримані температури.
Додаткова інформація для вчителів (3/3)
Зауваження щодо підготовки та виконання роботи
Пінопластовий корпус сонячного колектора слугує для ізоляції чорного стаканчика з гарячою водою. У цьому експерименті він також є його тримачем і тримачем для пластмасового диска. Крім того, корпус забезпечує додатковий захист від зовнішніх втручань у процес чутливого вимірювання температури.
У цьому експерименті переконайтеся, що на початку обох вимірювань величина термоелектричної напруги не перевищує 0,5 мВ.
Якщо не вдається досягти цього значення навіть через довший проміжок часу, це означає, що передня пластина елемента Пельтьє піддається іншим факторам впливу. Тоді слід переконатися, що поблизу експериментальної установки немає теплих предметів і що, зокрема, вікна зачинені, щоб у класі було якомога менше циркуляції повітря.
Інструкції з техніки безпеки
До цього експерименту застосовуються загальні інструкції щодо безпечного проведення експериментів під час викладання природничих наук.
Інформація для учнів
Мотивація
Вугільна електростанція
Земля безперервно опромінюється сонячним світлом, яке легко проходить крізь земну атмосферу і відбивається від земної поверхні.
Однак через різні фізичні процеси довжина хвилі відбитих променів світла зміщується таким чином, що вони поглинаються деякими газами, що містяться в нашій атмосфері (наприклад, вуглекислим газом або метаном), і випромінюються назад на Землю.
Цей ефект називається парниковим, оскільки парникові гази, які спричиняють цей ефект, діють подібно до скляних стекол теплиці. У підсумку це призводить до нагрівання атмосфери і впливає на клімат Землі.
Завдання
Експериментальна установка
Нагрійте воду в сонячному колекторі за допомогою світлового випромінювання і виміряйте температуру, один раз з пластмасовою пластиною між джерелом світла і сонячним колектором і один раз без неї. Потім порівняйте отримані температури.
Матеріал
| Позиція | Матеріал | Пункт №. | Кількість |
|---|---|---|---|
| 1 | Основа штатива, PHYWE | 02001-00 | 1 |
| 2 | Штативний стрижень, нерж. ст., l=600 мм, d = 10 мм | 02037-00 | 2 |
| 3 | Сонячний колектор для учнівських експериментів | 05760-00 | 1 |
| 4 | Теплогенератор для учнівських експериментів | 05770-00 | 1 |
| 5 | Лабораторний хімічний стакан, темний | 05904-01 | 1 |
| 6 | Ковзна опора для оптичної лави | 09822-00 | 1 |
| 7 | Рулетка, l=2 м | 09936-00 | 1 |
| 8 | Лабораторний термометр, -10..+110°C | 38056-00 | 1 |
| 9 | Мензурка, низька, 100 мл, пластмаса | 36011-01 | 1 |
| 10 | Мензурка, низька, 400 мл | 46055-00 | 1 |
| 11 | Секундомір, цифровий, 24 години, 1/ 100 с та 1 с | 24025-00 | 1 |
| 12 | З'єднувальний провідник, 250 мм, червоний | 07360-01 | 1 |
| 13 | З'єднувальний провідник, 250 мм, синій | 07360-04 | 1 |
| 14 | Подвійні гнізда, 1 пара, червоне та чорне | 07264-00 | 1 |
| 15 | Цифровий мультиметр, 3 1/2 розрядний дисплей з NiCr-Ni термопарою | 07122-00 | 1 |
Підготовка (1/3)
1. З'єднайте стрижні штатива, що складаються з двох частин, так, щоб утворилися два довгих стрижня (рис. 1).
Зберіть підставку з регульованої основи штатива та двох штативних стрижнів (рис. 2 і рис. 3).
Рисунок 1
Рисунок 2
Рисунок 3
Підготовка (2/3)
2.Відкрийте сонячний колектор і дістаньте з нього невеликий шматочок пінопласту (рис. 4).
3.Помістіть ковзну опору і сонячний колектор на штативні стрижні, як показано на рис. 5. Відстань між ковзною опорою і сонячним колектором повинна становити 5 см.
4.Термогенератор складається з алюмінієвого блоку, елемента Пельтьє і жовтого затискача.
Прикріпіть чорну пластину до термогенератора за допомогою жовтого затискача. Елемент Пельтьє необхідно розмістити таким чином, щоб провідники виходили збоку (рис. 6 і 7).
Рисунок 4
Рисунок 5
Рисунок 6
Рисунок 7
Підготовка (3/3)
5. Встановіть термогенератор на штативні стрижні (рис. 8). За допомогою двох подвійних гнізд і двох додаткових кабелів підключіть термогенератор до мультиметра і використовуйте діапазон вимірювання постійної напруги 200 мВ (рис. 9 і рис. 10).
Рисунок 8
Рисунок 9
Рисунок 10
Виконання роботи (1/2)
Рисунок 11
- Попросіть вчителя налити у Вашу мензурку гарячу воду. Потім за допомогою маленької мензурки налийте 30 мл гарячої води в чорний стаканчик (рис. 11).
- Виміряйте температуру води у стакані термометром. Коли вода охолоне приблизно до 55°C, поставте стаканчик посередині сонячного колектора так, щоб він торкався задньої стінки, і занурте термометр у воду через отвір у верхній частині сонячного колектора (рис. 12).
Рисунок 12
Виконання роботи (2/2)
Рисунок 13
3.Закрийте сонячний колектор пластмасовою пластиною. Запустіть секундомір, вимірюйте температуру води та напругу термогенератора через кожну повну хвилину (час ) і запишіть значення (рис. 13). Припиніть вимірювання через 5 хвилин.
4.Відкрийте сонячний колектор для охолодження, дістаньте з нього ємність і вилийте воду. Зачекайте, поки напруга на термогенераторі впаде нижче 0,5 мВ. Тепер повторіть експеримент без пластмасової пластини.
Примітка:Для обох вимірювань вода повинна мати приблизно однакову початкову температуру, щоб можна було краще порівняти результати.
Протокол
Завдання 1
Виберіть правильне слово в дужках У випадку парникових газів енергія світлових променів, відбитих від поверхні Землі, точно відповідає енергії, необхідній для переходу електрона (протона) на наступний вищий енергетичний рівень. Тому світло може (поглинатися / розсіюватися). Оскільки системи завжди прагнуть до стану найменшої (сили / енергії), електрон врешті-решт переходить на нижчий рівень, і, таким чином, випромінює різницю енергії у вигляді світла, частково назад до Землі. В результаті частина енергії, яка насправді повинна була б бути ( відбита / передана) в космос, залишається в атмосфері.
Завдання 2
Завдання на схемі: розташуйте підписи по місцях. Підписи: Азот N; Гелій He; Веселящий газ N_2O; Вода H_2O; Метан CH_4; Парниковий газ; Не є парниковим газом; Вуглекислий газ CO_2; Кисень O_2. Місця на схемі: Так.; Ні..
Який з цих газів є парниковим?
Завдання 3
Вставте слова в тексті ____ гази часто є небажаним побічним продуктом у промисловості (наприклад, фторуглеводні). Крім того, ____ виробляє вуглекислий газ і електроенергію, а, як побічний результат, м'ясна промисловість викидає в навколишнє середовище ____. Водночас, не всі парникові гази однаково ефективні у створенні ____. Наприклад, метан у 21 раз ефективніший за вуглекислий газ, а так звані ____ - у 17 000 разів. Однак вони також в значно менших кількостях присутні в ____.