Фізика. Повторне видання. 8 клас. Барʼяхтар (2025)

§ 15. Випромінювання

ПИТАННЯ ДЛЯ ОБГОВОРЕННЯ. Усього за декілька хвилин Земля отримує від Сонця енергію, яка дорівнює тій, що виробляється на нашій планеті за рік. А як енергія від Сонця так швидко потрапляє на Землю, адже між цими космічними об'єктами майже 150 млн км суцільної порожнечі? Чи можуть теплопровідність і конвекція забезпечити цей процес?

1. Що краще захищає від жару багаття?

Якщо розміститися біля багаття, можна відчути, що обличчя та інші ділянки тіла нагріваються. Це означає, що від вогню передається певна кількість теплоти. А як передається ця енергія?

Ми спостерігаємо, що язики полум’я підіймаються, отже, туди ж рухається й тепле повітря. Звідси перший висновок: стоячи біля вогню, ми отримуємо енергію не завдяки конвекції.

Зробимо припущення: можливо, енергія передається завдяки теплопровідності. Щоб перевірити це припущення, помістимо біля вогню лист металу (рис. 15.1, а). Він надійно захистить від жару незважаючи на те, що метал добре проводить тепло. А от прозоре скло (рис. 15.1, б), хоча воно і є гарним теплоізолятором, захищає від жару менше, ніж непрозорий метал. Робимо другий висновок: тепло від відкритого вогню передається не лише завдяки теплопровідності.

Рис. 15.1. Метал, який добре проводить тепло, краще захищає від гарячого полум'я, ніж скло, що є поганим теплопровідником

Отже, ми маємо справу ще з одним видом теплопередачі — випромінюванням, або тепловим випромінюванням.

Випромінювання — це вид теплопередачі, у ході якого енергія передається за допомогою електромагнітних хвиль.

ДОСЛІДЖЕННЯ

Що знадобиться: свічка, запальничка, аркуш картону (або шматок іншого непрозорого матеріалу), пластиковий прозорий файл (або шматок іншого прозорого матеріалу).

Будьте обережні: тримайте матеріал на відстані не менше ніж. 5-7 см від полум’я.

Запаліть свічку та піднесіть долоню до полум’я збоку. Опишіть ваші відчуття. Помістіть між долонею і полум’ям спочатку непрозорий аркуш картону, а потім прозорий файл. Щоразу уважно стежте за тим, що відчуваєте. Зробіть висновок щодо спостережуваних явищ.

2. Які особливості має теплове випромінювання?

Усі тіла (або частини одного тіла) за будь-якої температури обмінюються енергією завдяки випромінюванню. Тобто будь-яке* тіло водночас і випромінює, і поглинає тепло. Якщо температура тіла більша за температуру тіл навколо, то воно випромінює більше енергії, ніж поглинає. Якщо ж тіло холодніше від навколишніх тіл, то енергія, яку воно поглинає, буде більшою, ніж енергія, яку воно випромінює.

* Тут і далі маємо на увазі тіла, температура яких більша за 0 К (абсолютний нуль).

• Поміркуйте і сформулюйте гіпотезу щодо фізичної причини, яка спонукає людей носити в літню спеку одяг світлих кольорів.

Щоб перевірити вашу гіпотезу, скористаємося теплоприймачем (рис. 15.2), який сполучимо з рідинним манометром. Якщо підносити теплоприймач до гарячої праски спочатку чорною поверхнею (рис. 15.3, а), а потім білою (або світлою відполірованою) поверхнею (рис. 15.3, б), то спостерігатимемо різне зниження рідини в коліні манометра, сполученому з теплоприймачем. Це означає, що тиск повітря в коробочці, а отже, і його температура суттєво відрізняються в обох випадках. Причина — колір і якість оброблення поверхні теплоприймача: у випадку чорної поверхні повітря нагрівається більше.

Рис. 15.2. Теплоприймач

Рис. 15.3. Дослід, який демонструє, що здатність тіла поглинати енергію випромінювання залежить від кольору поверхні тіла

Тіла з темною поверхнею краще поглинають теплове випромінювання, ніж тіла зі світлою або полірованою поверхнею.

За допомогою схожих дослідів також з’ясовано, що тіла з темною поверхнею не тільки краще поглинають тепло, а й активніше його випромінюють.

Зауважимо, що випромінювання відрізняється від інших видів теплопередачі тим, що може відбуватися навіть у вакуумі. Наприклад, енергія від Сонця до Землі й інших планет передається завдяки випромінюванню.

ЧИ ЗНАЄТЕ ВИ, ЩО...

На Землю потрапляє лише близько половини мільярдної частки енергії, яку випромінює Сонце. Але цього достатньо, щоб нагрівати сушу та водойми, підтримуючи більшу частину води на нашій планеті в рідкому стані, що своєю чергою забезпечує життя на Землі. Джерелом сонячної енергії є так звані реакції термоядерного синтезу, які вчені відтворили в лабораторії приблизно 100 років тому. Одразу виникла ідея «створити маленькі Сонця на Землі» — збудувати електростанції, які зможуть забезпечити людство дешевою електроенергією. За час, що минув, учені подолали майже весь шлях до бажаної мети. З нетерпінням чекаємо на фінальний результат.

3. Чи можна побачити втрати тепла?

Ви вже знаєте, що тіла, температура яких більша за температуру навколишнього середовища, випромінюють більше енергії, ніж поглинають. Саме такими тілами є будинки взимку. Сьогодні будівельники створюють споруди, у яких випромінювання, а відповідно, й теплові втрати є мінімальними. Такі будинки називають енергоефективними. А чи можна перевірити їхню якість, адже неозброєним оком побачити нічого неможливо? На допомогу прийшли тепловізори — прилади, подібні до звичайних фотокамер, на екранах яких різними кольорами відображається інтенсивність теплового випромінювання (рис. 15.4). Ці прилади мають доволі широке застосування. Наприклад, за допомогою тепловізора можна в повній темряві побачити живих істот або віддалено виміряти температуру різних частин тіла навіть маленької тварини (рис. 15.5).

Рис. 15.4. Аналіз енергоефективності будинку за допомогою тепловізора

Рис. 15.5. Зображення птаха, отримане за допомогою тепловізора

А ЯК НАСПРАВДІ?

Уявіть, що ви стали свідком дискусії двох дизайнерів. Один стверджує, що в кімнаті необхідно встановити темні жалюзі, оскільки кімната вікнами виходить на південь і тому й так є досить світлою. Інший наполягає на світлих жалюзі, мотивуючи тим, що влітку в цій кімнаті з темними жалюзі буде нестерпна спека. Як ви вважаєте, хто із них має рацію?

ПІДБИВАЄМО ПІДСУМКИ

КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ

1. Чому енергія від Сонця до Землі не може передаватися завдяки конвекції та теплопровідності? 2. Що таке випромінювання? 3. Тіла якого кольору краще поглинають тепло? Опишіть дослід на підтвердження вашої відповіді. 4. Чи існують умови, за яких тіло не випромінює і не поглинає енергію? 5. Що відбувається з температурою тіла, коли це тіло випромінює енергії більше, ніж поглинає?

ВПРАВА № 15

1. Чому опалювальні батареї краще фарбувати в темний колір?

2. У який колір краще фарбувати фургони рефрижераторів?

3. Чому навесні забруднений сніг тане швидше, ніж чистий?

4. Узимку в неопалюваному приміщенні, вікна якого «дивляться» на південь, досить тепло. Коли таке може бути? Чому?

5. Ви вирішили випити чаю і ввімкнули електричний чайник. Зазначте, який із видів теплопередачі є визначальним для нагрівання: а) чайника; б) води в чайнику; в) повітря над чайником; г) повітря поряд із чайником.

6. Заповніть таблицю* шляхом позначення відповідної комірки, якщо в зазначеному середовищі може відбуватися певний вид теплопередачі: Т — теплопровідність, К — конвекція, В — випромінювання.

	Т	К	В
Вакуум
Вода
Ґрунт сухий
Залізо
Кисень
Повітря

7. Для чого між стінками колби в термосах відкачують повітря, а поверхню колби роблять дзеркальною?

8. Атмосфера Землі прозора, тому сонячні промені проходять крізь атмосферу, майже не нагріваючи її. А завдяки чому нагрівається атмосферне повітря і від чого залежить ступінь його нагріття?

Ключові терміни

Випромінювання • Теплоприймач

* Сподіваємося, ви пам’ятаєте, що в таких завданнях подані таблиці потрібно переносити до зошита.