Эксперименты с тепловым излучением

Тепловая энергия перемещается от горячих объектов к холодным за счет теплопроводности, конвекции и излучения. Из этих трех только радиация не требует контакта; Солнце согревает Землю, потому что его тепловое излучение проходит через пустое пространство. Любой теплый объект, такой как солнце, тостер или человеческое тело, испускает эту энергию, называемую инфракрасным излучением или I.R. Простые эксперименты показывают, как это работает.

Радиометр, который можно купить в научных магазинах за несколько долларов, показывает энергию инфракрасного излучения. Он имеет герметичную стеклянную оболочку, похожую на прозрачную лампочку, с частичным вакуумом. Внутри конверта четыре квадратных лопасти с черной и белой сторонами балансируют на игольчатом подшипнике. Когда вы светите на радиометр, черная сторона нагревается сильнее, чем белая. Молекулы воздуха отскакивают от обеих сторон, но тепловая энергия с черной стороны заставляет их толкаться сильнее. Это вращает лопатки в направлении белой стороны. Поместите радиометр на яркий солнечный свет и посмотрите, как быстро он вращается. Затем отодвиньте его от прямых солнечных лучей и обратите внимание, что он движется медленнее.

Найдите несколько предметов ткани, таких как рубашки или полотенца, разных цветов. Положите их на прочную ровную поверхность на ярком солнечном свете. Через 15-20 минут ощупайте каждую и отметьте, какая из них самая теплая. Поскольку темные цвета отражают меньше всего солнечного света, они поглощают больше всего тепла. Светлые цвета отражают больше всего солнечного света и поэтому остаются более прохладными.

Соберите пять кофейных чашек, одинаковых, кроме цвета. Включите горячую воду из-под крана на минуту или две, пока она не достигнет максимальной температуры. Наполните чашки горячей водой и переместите в темную прохладную комнату. Поместите в каждый градусник и подождите 20 минут. Считайте термометр в каждой чашке и сравните температуру и цвет. Самые темные цвета должны читаться самыми холодными, потому что, поскольку они лучше поглощают тепловую энергию, они также излучают тепловую энергию более эффективно, чем светлые цвета.

Возьмите воздушный шар «солнечная трубка» и вынесите его на улицу в спокойный солнечный день. Воздушный шар длиной в несколько футов сделан из темного пластика. Надуйте его в тени прохладным воздухом. Прикрепите шнурок к воздушному шару и перенесите его в солнечное место. Держитесь за веревку. В конце концов, тепловое излучение от солнца заставит воздух внутри расширяться, заставляя воздушный шар подниматься над землей. Более теплый воздух внутри имеет меньшую плотность, чем наружный воздух, поэтому воздушный шар плавает.