Ученики на Учителя.com


Почему тела черного цвета нагреваются сильнее, чем тела белого цвета?

V муниципальная научно-исследовательская конференция
юных исследователей "Литвиновские чтения"
Почему тела черного цвета нагреваются сильнее,
чем тела белого цвета?
Автор: Платонов Кирилл Евгеньевич
Научный руководитель: Жданова Ольга Юрьевна
МБОУ СОШ № 135, 4 "Б" класс
Снежинск, 2015
2
Оглавление
1 Введение ....................................................................................................
2 Цель и задачи работы ...............................................................................
3 Метод исследования .................................................................................
4 Опыты и результаты ..................................................................................
5 Выводы ......................................................................................................
Литература ....................................................................................................
3
3
3
3
8
9
3
1 Введение
Каждый из ребят, в солнечный день замечал, как темные предметы
нагреваются под лучами солнца. Давайте попробуем разобраться, почему так
происходит и насколько сильнее темные тела нагреваются по сравнению со
светлыми.
2 Цель и задачи работы
Цель: экспериментально определить, как тела поглощают и излучают
энергию.
Задачи:
– изучить, что такое излучение и поглощение;
– изготовить образцы тел черного и белого цветов;
– на поверхности тел установить датчики для измерения температуры;
– показать изменение температуры нагреваемых тел во времени;
– определить разность температур нагретых тел;
– определить длительность нагрева тел до определенной температуры;
– показать изменение температуры остываемых тел во времени.
3 Метод исследования
Метод основан на измерении температуры черного и белого тел,
нагретых за счет энергии солнечного излучения и остываемых после нагрева.
4 Опыты и результаты
Из учебника по физике: излучение – это теплообмен, при котором
энергия переносится электромагнитными лучами.
Излучают энергию все тела: тело человека, электропечь, электрическая
лампа. Чем выше температура тела, тем сильнее его тепловое излучение.
Тела не только излучают энергию, но и поглощают ее. При
поглощении энергия теплового излучения превращается во внутреннюю
4
энергию тел, и они нагреваются. Причем темные поверхности лучше
поглощают и излучают энергию, чем тела, имеющие светлую поверхность.
Для достижения цели, из оргстекла были изготовлены две пластины.
Поверхность одной пластины была покрашена белой краской, поверхность
другой черной краской. На обе пластины приклеены датчики для измерения
температуры пластин. Затем пластины закреплялись на специально
изготовленную подставку. Подставка с установленными на ней пластинами
представлена на фотографии.
В солнечный день подставка с пластинами устанавливалась на
подоконнике. В течении примерно 1 часа с интервалом 1-2 минуты
регистрировалась температура обоих пластин. После этого, подставка с
пластинами убиралась с подоконника и с интервалом 1 минута измерялась
температура пластин, до того момента пока температура пластин не стала
одинаковой.
Результаты регистрации температуры нагрева пластин черного и
белого цвета представлены в таблице 1:
5
Таблица 1
Время нагрева,
час:минута
Температура пластины
черного цвета, Т
ч
, ºС
Температура пластины
белого цвета, Т
б
, ºС
9:39
24,3
24,3
9:42
25,1
24,9
9:43
28,3
28,1
9:44
30,6
29,3
9:45
33,9
30,5
9:46
35,3
31,4
9:47
37,3
32,5
9:48
38,7
33,1
9:49
39,5
33,5
9:50
40,5
34,0
9:51
41,3
34,3
9:52
41,9
34,5
9:53
42,5
34,9
9:54
42,9
35,2
9:55
43,4
35,4
9:56
43,5
35,5
9:57
43,8
35,7
9:58
44,1
35,8
9:59
44,3
35,9
10:00
44,3
36,1
10:01
44,4
36,1
10:02
44,6
36,2
10:03
44,7
36,2
10:04
44,7
36,3
10:05
44,9
36,4
10:06
45,1
36,5
10:07
45,1
36,5
10:08
45,3
36,6
10:16
45,4
36,7
10:17
45,5
36,8
10:18
45,6
36,9
10:19
45,8
36,9
10:20
45,9
36,9
10:21
45,9
36,9
10:22
46,0
37,0
10:23
46,2
37,0
10:24
46,3
37,1
10:25
46,3
37,1
10:26
46,3
37,2
10:27
46,4
37,2
10:27
46,4
37,2
10:28
46,4
37,3
6
10:29
46,6
37,2
10:30
46,6
37,3
10:31
46,6
37,3
10:32
46,6
37,4
10:33
46,6
37,5
10:34
46,7
37,5
10:35
46,7
37,6
10:36
46,8
37,7
10:37
46,9
37,7
10:38
46,9
37,7
10:40
47,1
37,7
10:42
47,1
37,8
10:44
47,1
37,8
10:46
47,1
37,8
10:48
47,1
37,8
Результаты регистрации температуры остывания пластин представлены
в таблице 2.
Таблица 2
Время
остывания,
час:минута
Температура пластины
черного цвета, Т
ч
, ºС
Температура пластины
белого цвета, Т
б
, ºС
11:49
42,6
33,7
11:50
41,7
33,2
11:51
39,6
31,1
11:52
37,1
29,7
11:53
35,3
28,8
11:54
33,6
28,0
11:55
32,1
27,4
11:56
30,9
26,9
11:57
29,9
26,5
11:58
28,7
26,0
11:59
28,3
25,8
12:00
27,5
25,5
12:01
27,1
25,3
12:02
26,6
25,1
12:05
25,5
24,6
12:18
24,1
24,1
По результатам зарегистрированных температур (таблица 1), в
программе Excel построен график изменения температуры нагревания
пластин во времени (смотри рисунок 1).
7
Рисунок 1 – Изменение температуры нагревания
пластин во времени
Из графика видно, что черная пластина нагревалась быстрее, чем белая.
Температура черной пластины примерно на 9 ºС больше, чем температура
белой пластины. Белая пластина нагревалась до температуры 37 ºС примерно в
5 раз дольше, чем черная. Это видно из графика, приведенного на рисунке 2.
8
43
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
пластина черного цвета пластина белого цвета
20,0
25,0
30,0
35,0
40,0
45,0
50,0
9:21 9:36 9:50 10:04 10:19 10:33 10:48 11:02
Время нагрева, час: минута
Температура, С
мин
черная
пластина
белая
пластина
8
Рисунок 2 – Длительность нагрева пластин до температуры 37 ºС
Также, по результатам зарегистрированных температур (таблица 2),
построен график изменения температуры остывания пластин во времени
(смотри рисунок 3).
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
11:49
11:50
11:51
11:52
11:53
11:54
11:55
11:56
11:57
11:58
11:59
12:00
12:01
12:02
12:05
12:18
Время остывания; час:минута
Температура; С
Рисунок 3 – Изменение температуры остывания
пластин во времени
Из графика видно, что примерно за 30 минут черная пластина остыла
на 18,5 ºС, а белая пластина на 9,6 ºС.
5 Выводы
На основе измерений температуры пластин, видно:
а) темные тела нагреваются гораздо быстрее и сильнее, чем светлые,
т.е. лучше поглощают солнечную энергию;
б) темные тела быстрее остывают, т.е. лучше отдают (излучают)
поглощенную энергию;
пластина черного цвета пластина белого цвета
9
Данные явления люди используют как в технике, так и в повседневной
жизни. Например: Самолеты, скафандры космонавтов окрашивают в
серебристый или белый цвет, чтобы они меньше нагревались. Бак для душа
на дачном участке красят в черный цвет, чтобы использовать солнечную
энергию для нагревания воды. Летом люди в основном стараются носить
светлую одежду, для защиты от солнечного излучения.
Литература
Исаченкова Л.А, Лещинский Ю.Д. Физика: учебник для 8-го класса,
Минск, 2010 год.
Скачать материал

Обществознание - еще материалы к урокам: