Фізика. 8 клас. Максимович

§ 4. Сонячне випромінювання та життя на Землі. Приклади теплопередачі в природі й техніці

На кожний квадратний кілометр земної поверхні за рік від Сонця надходить така кількість енергії, як від повного згоряння 400 000 тонн кам’яного вугілля. За півтори доби Сонце дає стільки енергії, скільки електростанції всіх країн світу протягом року. Цікаво?

Дізнайтеся про...

передавання енергії від Сонця до Землі;
значення сонячного випромінювання для життя на Землі;
приклади теплопередачі в природі та техніці.

1. Сонячне випромінювання

Багато процесів, що відбуваються на Землі, зумовлені тепловою енергією, джерело якої — електромагнітне випромінювання Сонця. Між Сонцем і Землею є безповітряний простір, тому енергія не може передаватися ні теплопровідністю, ні конвекцією. Вона передається до Землі й до інших планет випромінюванням.

Випромінювання Сонця досягає Землі, пройшовши крізь безповітряний простір приблизно 150 мільйонів кілометрів. 30 % сонячного випромінювання відбивається атмосферою Землі, а ще 20 % нею поглинається. Лише 50 % енергії Сонця досягає поверхні нашої планети. Таку енергію можуть виробити 170 мільйонів найпотужніших електростанцій нашої планети.

Частина випромінювання відбивається від поверхні Землі. Якби цього не відбувалося, то вона б нагрівалася ще більше. Хмари частково перешкоджають проходженню сонячного випромінювання до Землі і затримують випромінювання тепла від неї (мал. 4.1). Розподіл тепла по земній поверхні не є однаковим. Одні поверхні поглинають і накопичують енергію швидше, а інші — повільніше.

Мал. 4.1. Випромінювання енергії Сонця

Поміркуйте і дайте відповідь

1. Чому суходіл нагрівається швидше, ніж море, вдень і охолоджується швидше вночі?
2. Чи випромінює теплову енергію кубик льоду?
3. Навіщо літаки фарбують сріблястою фарбою?

2. Сонячне випромінювання та життя на Землі

Без енергії Сонця було б неможливе життя на Землі. Енергія, отримана від Сонця у вигляді тепла та світла, значною мірою впливає на клімат, погоду, на живу й неживу природу.

У зеленому листі рослин під дією світла відбувається фотосинтез (мал. 4.2), унаслідок якого виробляється кисень, потрібний для дихання людям і тваринам.

Мал. 4.2. Схема фотосинтезу

Слід пам’ятати, що сонячне випромінювання в надмірній кількості несе ризики для людини: сонячні опіки, сонячні удари, теплові ураження. МОЗ України рекомендує уникати перебування на сонці з 11:00 до 16:00.

Під дією сонячного випромінювання утворюється вітамін D, який є важливим для функціонування організму людини. Він сприяє зміцненню імунітету людини, кращому засвоєнню кальцію та фосфору. Оскільки Земля обертається навколо Сонця та одночасно навколо своєї осі, її поверхня та атмосфера прогріваються в різних місцях неоднаково. Це є причиною виникнення вітрів та утворення теплих і холодних течій у морях та океанах. Унаслідок зміни пір року відбуваються сезонні зміни в рослинному світі (опадання листя, відмирання трав’янистого покрову), що спричиняє утворення біомаси, а з часом (протягом тисячоліть) — торфу, кам’яного вугілля, нафти.

Поміркуйте і дайте відповідь

1. Чому сонячні батареї на штучних супутниках Землі темного кольору?
2. Чому в південних країнах влітку люди носять білий одяг?

3. Приклади теплопередачі в природі й техніці

Чому сніг захищає рослини в ґрунті від вимерзання? Чому взимку носять хутряний одяг? Як зберегти тепло в будинку? Чому в термосі можна зберігати страви і гарячими, і холодними?

Матеріали по-різному проводять тепло. Якщо потрібно швидко передати тепло від одного тіла до іншого, використовують речовини з кращою теплопровідністю. Наприклад, із металів виготовляють радіатори опалення (батареї), каміни, каструлі (мал. 4.3, а) тощо. Речовини, які погано проводять тепло, застосовують там, де треба запобігти нагріванню чи охолодженню тіл. Наприклад, дерев’яна підставка, ложка, дерев’яна ручка сковорідки (мал. 4.3, б) дають змогу безпечно користуватися гарячими предметами.

Мал. 4.3. Різна теплопровідність матеріалів

Також погано проводять тепло повітря, шерсть, волосся, пір’я, папір, солома, скло, кераміка, рідини й гази. Так, шерсть і товстий прошарок жиру під шкірою захищає тварин від холоду (мал. 4.4, а, б). Завдяки теплоізоляційним властивостям землі мурахи та інші комахи взимку зариваються глибоко в ґрунт (мал. 4.4, в).

Мал. 4.4. Теплопередача в природі

Здавна для збереження тепла наші предки будували житло з глини і соломи. Його називали хата-мазанка (мал. 4.5). Таке житло було типове для мешканців Центральної та Східної України минулого століття. Глиняні стіни можуть накопичувати сонячну енергію вдень і повільно віддавати тепло вночі, бо глина має погану теплопровідність. Тепер стали популярними екобудинки (пасивні будинки) з природних матеріалів (мал. 4.6). Як будівельний матеріал знову використовують глину, дерево, скло, які виконують функцію природного терморегулятора.

Мал. 4.5. Мазанка в Національному заповіднику «Хортиця», Запоріжжя

Мал. 4.6. Екобудинок (пасивний будинок)

Запам'ятайте

Сонячна енергія до Землі, а також до інших планет передається завдяки випромінюванню.

Перевірте себе

1. Проаналізуйте малюнки 4.7 та назвіть усі види теплопередачі, які зображено на них.

Мал. 4.7. Види теплопередачі

2. Як спекотного літнього дня донести додому морозиво?

3. Доповніть інтелект-карту, наведіть приклади способів зміни внутрішньої енергії.

4. Розгляньте мал. 4.8. Використавши додаткові джерела інформації, установіть відповідність між втратами тепла у відсотках та місцем цих втрат. Як, на вашу думку, зменшити ці втрати?