Metodický pokyn = učitel

Tematické zařazení experimentu

• teplo, tepelné záření
• teplo přijaté nebo odevzdané tělesem
• využití energie slunečního záření
• jednota organismů s prostředím, přizpůsobivost organismů prostředí

Cíl experimentu

• Cílem experimentu je demonstrace rozdílných zářivých vlastností různých povrchů tělesa.

Poznámky k realizaci experimentu

• Záření je přenos tepla prostřednictvím elektromagnetických vln. Všechna tělesa neustále vyzařují tepelné záření (=frekvence tohoto záření leží v infračervené oblasti elektromagnetického spektra). Teplo, které těleso vyzařuje, závisí na jeho teplotě a na charakteru jeho povrchu.
• Zkoumání zářivých vlastností různých povrchů lze realizovat s pomocí Lesliovej kostky, t. j. kostky, která má čtyři stěny s různou povrchovou úpravou. Po nalití horké vody do kostky mají všechny stěny stejnou teplotu, ale teploty na vnější straně jednotlivých stěn kostky závisí na teplu, které daná stěna vyzařuje (=tím je ovlivněna i teplota).
• Pokud máme k dispozici pouze jeden teplotní senzor, můžeme teplotní změny při každém povrchu změřit postupně. V tomto případě musíme dát pozor, aby byly všechny měření provedeny za stejných podmínek. Jde zejména o počáteční teplotu a množství vody nalité do kostky, stejný začátek měření. Teplotní senzory musí být umístěny ve stejné vzdálenosti od kostky.
• Lesliovu kostku můžeme nahradit prázdnou plechovkou, jejíž polovinu nabarvíme bíle a druhou polovinu na černo.

Návod na zpracování dat

• Analýza vyžaduje jen jednoduché srovnání naměřených teplotních křivek. Pokud jsme je získávali postupně, je výhodné přenést je do tabulkového programu (=např. Do programu Excel), sestavit jednu tabulku se všemi naměřenými údaji a zobrazit všechny křivky na jednom obrázku.

Závěry z experimentu

• Po nalití horké vody do Lesliovej kostky mají všechny její stěny stejnou teplotu, ale venkovní teploty v blízkosti jednotlivých stěn jsou různé. Získané grafy ukazují, že teplota v blízkosti černého povrchu je vyšší než teplota v blízkosti bílého povrchu.
• Tělesa s černým povrchem vyzařují více tepla než bílé tělesa.

Trochu teorie:

• Jedním ze způsobů, jak může teplo přecházet z jednoho tělesa na druhé, je záření (=přenos tepla prostřednictvím elektromagnetických vln). Všechny tělesa neustále vyzařují tepelné záření, které je složeno ze zářivé energie frekvencí ležících v infračervené části elektromagnetického spektra. Množství energie, kterou těleso vyzařuje, závisí na teplotě tělesa a na vlastnostnostech jeho povrchu.
• Zářivé vlastnosti různých povrchů lze zkoumat s pomocí Lesliovej kostky - kostky se čtyřmi rozdílnými povrchy. Po nalití horké vody do Lesliovej kostky mají všechny stěny kostky stejnou teplotu, ale teplota na vnější straně závisí na tepla, které každý z povrchů vyzářil.

Souvislost se životem, přírodou a praxí:

• Je všeobecně známo, že domy natřené na bílo jsou dobré pro získání chladnějšího interiéru v horkém letním počasí. Je to proto, že povrchy nabarvené na bílo odrážejí více slunečního světla v porovnání s tmavými povrchy. Váš experiment ukázal, že mít dům natřený na bílo je výhodný i v zimě. Všechny tělesa, které dobře odrážejí, mají i další vlastnost - jsou slabými zářiči. Proto když je dům vytápěný palivem, jeho běloba snižuje záření, které dům vyzařuje do okolí. To napomáhá udržet teplo uvnitř.
• Závislost vyzářené energie na úpravě povrchu tělesa se využívá v mnoha dalších oblastech. Například chladicí žebra na zadní straně chladniček, na motoru motocyklu jsou obyčejně natřeny matnou černou barvou, aby vyzařovaly co nejvíce energie. Všechna espressa je zase výhodné vyleštit. Tehdy neztrácejí tolik energie zářením - udržují teplo lépe. Maratonci potřebují potřebují bezprostředně po doběhnutí udržet teplotu. Proto je organizátoři závodů přikrývají lesklou přikrývkou, která snižuje vyzařování (=jakož i vedení tepla a vypařování).
• Vyzařování tepla je jedním z procesů, jimiž člověk reguluje svou tělesnou teplotu. Tímto způsobem se z těla člověka odvádí největší množství tepla až do doby, dokud se do termoregulace zapojí proces pocení. Vyzařováním z povrchu lidského těla odevzdá do okolí teplo, které tvoří téměř polovinu celkového vydávaného tepla.