Номер 2, страница 92 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин, Иванов

2. «Опыт Франклина по изучению излучения и поглощения энергии сукном разного цвета» (возможная форма: презентация, опыт, реферат).

Опыт Бенджамина Франклина с кусками сукна разного цвета является одним из классических и наиболее наглядных экспериментов в истории физики, демонстрирующих связь между цветом тела и его способностью поглощать тепловое излучение.

Цель опыта

Основная цель, которую преследовал Франклин, заключалась в том, чтобы экспериментально доказать свою гипотезу: темные поверхности поглощают больше солнечного света (и, следовательно, тепловой энергии), чем светлые поверхности.

Ход опыта

Эксперимент был элегантен в своей простоте. В один из солнечных зимних дней Бенджамин Франклин взял несколько квадратных кусочков сукна одинакового размера и текстуры, но разного цвета: черный, темно-синий, зеленый, фиолетовый, красный, желтый и белый. Он разложил эти образцы ткани на поверхности свежевыпавшего, нетронутого снега так, чтобы на все из них падал прямой солнечный свет. После этого он оставил их на несколько часов.

Наблюдения и выводы

По прошествии нескольких часов Франклин вернулся, чтобы оценить результат. Он обнаружил следующее:

• Черный кусок сукна провалился в снег глубже всех.
• Другие темные цвета (синий, зеленый) также заметно погрузились в снег.
• Чем светлее был цвет сукна, тем на меньшую глубину оно опустилось.
• Белый кусок сукна практически остался лежать на поверхности снега, лишь незначительно его подтопив.

Из этих наблюдений Франклин сделал однозначный вывод: черный цвет поглощает наибольшее количество солнечных лучей, преобразуя их в тепло, которое растапливает снег под тканью. Белый цвет, напротив, отражает почти весь падающий на него свет, поэтому он практически не нагревается и не топит снег. Таким образом, способность тела поглощать энергию излучения напрямую зависит от его цвета.

Научное объяснение

Современная физика полностью подтверждает выводы Франклина. Цвет непрозрачного объекта определяется тем, какие длины волн видимого спектра он отражает. Белые объекты отражают свет во всех частях видимого спектра, поэтому кажутся нам белыми. Черные объекты, наоборот, поглощают свет почти во всех частях видимого спектра, отражая очень мало. Поглощенная световая энергия не исчезает, а преобразуется в другие виды энергии, в первую очередь в тепловую (внутреннюю энергию тела), что приводит к его нагреву.

Способность поверхности поглощать падающее на нее излучение характеризуется коэффициентом поглощения (альбедо) $ \alpha $. Способность отражать — коэффициентом отражения $ \rho $. Для непрозрачного тела, не пропускающего свет, сумма этих коэффициентов равна единице:

$ \alpha + \rho = 1 $

У черного сукна $ \alpha $ близок к 1, а $ \rho $ — к 0. У белого сукна, наоборот, $ \alpha $ близок к 0, а $ \rho $ — к 1. Поскольку количество поглощенной теплоты прямо пропорционально коэффициенту поглощения, черный лоскут нагрелся значительно сильнее и растопил больше снега.

Практическое значение

Результаты опыта Франклина имеют огромное практическое применение и объясняют многие бытовые явления:

• Летом люди предпочитают носить светлую одежду, чтобы меньше нагреваться на солнце. Зимой, наоборот, темная одежда помогает поглощать солнечное тепло.
• Солнечные коллекторы и водонагреватели красят в черный цвет для максимального поглощения солнечной энергии.
• Резервуары для хранения сжиженных газов (например, кислорода или водорода) и другие объекты, которые нужно защитить от нагрева, красят в белый или серебристый цвет, чтобы они отражали солнечное излучение.

Ответ: Опыт Франклина наглядно продемонстрировал, что тела темного цвета поглощают больше энергии излучения (в данном случае, солнечного света), чем тела светлого цвета. В результате поглощения световой энергии темные тела нагреваются сильнее, что было доказано по глубине таяния снега под кусками сукна разного цвета.