Номер 2, страница 99 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин

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

Опыт Франклина по изучению излучения и поглощения энергии сукном разного цвета

Этот классический эксперимент, проведенный американским ученым и политиком Бенджамином Франклином примерно в 1761 году, является одной из самых наглядных демонстраций в истории физики. Он просто и изящно показывает фундаментальную связь между цветом поверхности объекта и его способностью поглощать тепловую энергию от излучения, в данном случае — солнечного света.

Гипотеза. Франклин предположил, что темные поверхности должны поглощать больше солнечного света и, как следствие, сильнее нагреваться, в то время как светлые поверхности должны отражать большую часть падающего на них излучения и нагреваться слабее.

Проведение опыта. Для проверки своей гипотезы в ясный и солнечный зимний день Франклин взял несколько квадратных лоскутов шерстяной ткани (сукна). Все лоскуты были одинакового размера и толщины, но разных цветов: черный, темно-синий, зеленый, красный, желтый и белый. Он разложил эти образцы ткани на ровной поверхности свежевыпавшего, чистого снега и оставил их на несколько часов под прямыми лучами солнца.

Результаты и наблюдения. По прошествии некоторого времени результаты эксперимента стали очевидны и полностью подтвердили гипотезу. Лоскуты погрузились в снег на разную глубину. Черный лоскут, поглотивший наибольшее количество солнечной энергии, нагрелся сильнее всего и проплавил под собой снег, опустившись на максимальную глубину. Белый лоскут, отразивший почти все излучение, практически не нагрелся и остался лежать на поверхности снега. Остальные цветные лоскуты опустились на промежуточную глубину, которая была прямо пропорциональна темноте их цвета: чем темнее был цвет, тем глубже погружался лоскут.

Вывод и научное объяснение. Опыт однозначно показал, что темные тела поглощают больше лучистой энергии, а светлые — отражают. Физическая суть этого явления заключается во взаимодействии света с веществом. Видимый цвет объекта определяется теми длинами волн света, которые он отражает. Черный объект поглощает почти весь видимый свет, преобразуя его энергию в тепло. Белый объект, напротив, отражает почти весь падающий на него свет. Количество поглощенной теплоты ($Q_{погл}$) связано с энергией падающего излучения ($Q_{пад}$) через безразмерный коэффициент поглощения $\alpha$:$Q_{погл} = \alpha \cdot Q_{пад}$Для абсолютно черного тела $\alpha = 1$, а для идеально белого (зеркального) тела $\alpha = 0$. В опыте Франклина черный лоскут имел коэффициент поглощения, близкий к единице, а белый — близкий к нулю.

Практическое значение. Открытие Франклина имеет огромное и разнообразное практическое применение. Оно объясняет, почему для защиты от перегрева в солнечный день рекомендуется носить одежду светлых тонов, а зимой темная одежда помогает лучше согреться. Этот же принцип используется в строительстве (белые «прохладные крыши» в жарких странах), в гелиоэнергетике (рабочие поверхности солнечных коллекторов и батарей делают черными для максимального поглощения энергии), а также играет ключевую роль в глобальной климатической системе Земли через эффект альбедо (отражающей способности) снежных и ледяных покровов планеты.

Ответ: Опыт Бенджамина Франклина доказывает, что темные поверхности поглощают солнечное излучение значительно интенсивнее, чем светлые. Поглощающая способность тела напрямую зависит от его цвета: чем темнее цвет, тем больше энергии поглощается и преобразуется в тепло, а чем светлее — тем больше энергии отражается.