Познакомимся на опыте с еще одним видом теплопередачи.
Возьмем прибор теплоприемник, представляющий собой плоскую круглую коробку, одна сторона которой отполирована как зеркало, а другая покрыта черной матовой краской. Внутри коробки находится воздух, который может выходить через отверстие в теплоприемник. Соединим теплоприемник с жидкостным манометром (рис. 192) и поднесем к теплоприемнику сбоку электрическую плитку или нагретый до высокой температуры кусок металла. Мы заметим, что столбик жидкости в манометре переместится. Очевидно, воздух в теплоприемнике нагрелся и расширился. Нагревание воздуха в теплоприемнике можно объяснить лишь передачей ему энергии от нагретого тела. Как передавалась энергия в этом случае? Ясно, что не теплопроводностью, так как между нагретым телом и теплоприемником находится воздух, обладающий малой теплопроводностью. Не было здесь и конвекции, ведь теплоприемник расположен не над нагретым телом, а рядом с ним. Следовательно, энергия передавалась от нагретого тела теплоприемнику новым видом теплопередачи. Этот вид теплопередачи называют излучением, которое исходит от всех нагретых тел.
Описанный опыт можно провести и с самодельным прибором, который представляет собой колбу, закопченную с одной стороны. Через пробку в колбу вставлена изогнутая под прямым углом стеклянная трубка с узким каналом, в котором находится немного подкрашенной жидкости (рис. 193).
Передача энергии излучением отличается от других видов теплопередачи тем, что она может осуществляться в полном вакууме. Излучением передается на Землю и солнечная энергия.
Излучают энергию все тела, и сильно и слабо нагретые: тело человека, печь, электрическая лампа. Но чем выше температура тела, тем больше энергии передает оно путем излучения.
Энергия излучения, падающего на тела, частично поглощается этими телами, превращаясь в их внутреннюю энергию, вследствие чего они нагреваются. При этом тела нагреваются по-разному, в зависимости от состояния поверхности.
Если в опыте с теплоприемником повернуть его к нагретому телу сначала черной, а потом блестящей стороной, то столбик жидкости в трубке манометра будет перемещаться в первом случае на большее расстояние, чем во втором. Это показывает, что тела с темной поверхностью лучше поглощают энергию и сильнее нагреваются. В то же время тела с темной поверхностью быстрее охлаждаются путем излучения, чем тела со светлой поверхностью. Например, в светлом чайнике горячая вода дольше не остывает, чем в темном.
Способность тел по-разному поглощать энергию излучения используется человеком. Например, воздушные шары и крылья самолетов красят серебристой краской, чтобы они не нагревались солнцем. Если же нужно, наоборот, использовать солнечную энергию, например, для нагревания частей некоторых приборов, установленных на искусственных спутниках Земли, то эти части окрашивают в темный цвет.
Вопросы.
- Как устроен теплоприемник? 2. Как на опыте показать передачу энергии излучением? 3. Какие тела лучше, и какие хуже поглощают энергию излучения? 4. Как учитывает человек на практике различную способность тел поглощать энергию излучения?
Упражнения.
- Летом воздух в здании нагревается, получая энергию различными способами: через стены, через открытое окно, в которое входит теплый воздух, через стекло, которое пропускает солнечную энергию. С каким видом теплопередач мы имеем дело в каждом случае?
- Находясь около костра или открытой печи, мы чувствуем, как нагревается наше тело. Каким способом, передается к нам энергия от костра? Ответ обоснуйте.
- Приведите примеры, показывающие, что тела с темной поверхностью больше нагреваются излучением, чем со светлой.
- Почему можно утверждать, что от Солнца к Земле энергия не может передаваться конвекцией и теплопроводностью?