Солнечная инженерия является одним из направлений, над которым работают ученые. Состоит она в создании структур и процессов, позволяющих улавливать солнечную энергию, а затем использовать ее для нужд человеческой цивилизации. Солнечная энергия — это энергия, излучаемая светилом, вокруг которого вращается наша Земля. Сегодня мы узнаем о свойствах видимой и невидимой солнечной радиации и даже научимся «заваривать» чай с ее помощью.
Излучаемую энергию называют также радиацией. Это энергия, перемещающаяся в форме электромагнитных волн через космическое пространство. Энергия всех остальных видов способна перемещаться только через материалы. Радиацией также называют и сам способ перемещения энергии излучения.
Зримый и незримый свет
Энергия излучения предстает в различных формах, зависящих от энергии ее электромагнитных волн. Все типы энергии излучения в зависимости от порядка, определяемом своим энергетическим уровнем, формируют электромагнитный спектр. Солнечная энергия содержит все типы энергии излучения. Но когда разные типы энергии излучения проходят через атмосферу Земли, некоторые из них отражаются — то есть «отскакивают» от поверхности воздушного покрова нашей планеты. Некоторые абсорбируются (впитываются) различными газами, входящими в состав воздуха.
Поверхности Земли достигает преимущественно инфракрасная и ультрафиолетовая радиация, а также видимый свет. Инфракрасная радиация является невидимой для человека энергией излучения, которую кожа человека ощущает как тепло. Ее часто называют тепловыми волнами. Ультрафиолетовая радиация тоже невидима человеку. Кожа загорает под воздействием этой энергии, но ее излишек может быть вреден.
Видимый свет — это единственный тип энергии излучения, который способен различить человеческий глаз. Разные типы видимого света располагаются в порядке, определяемом своим энергетическим уровнем, формируют видимый спектр. Цвета видимого спектра располагаются в порядке от самого слабого до самого сильного: красный, оранжевый, желтый, зеленый, синий, индиго и фиолетовый.
Энергия излучения может впитываться материалами, отражаться от них или проходить через них в зависимости от того, является ли материал прозрачным, полупрозрачным или непрозрачным.
Сквозь прозрачный материал, например, сквозь стекла очков, видимый свет проходит легко. Материал, позволяющий энергии излучения проходить через него, но рассеивающий его в разных направлениях, называют полупрозрачным. Примером такого материала может служить покрытое изморозью стекло. Если смотреть сквозь него, то все предметы будут размытыми.
Через непрозрачные материалы энергия излучения проходить не может. Впрочем, тот или иной материал является «непрозрачным» лишь для определенного типа энергии излучения, поэтому данное определение довольно относительно. К примеру, вы не можете видеть сквозь книгу. Это значит, что книга непрозрачна для видимого света.
Предметы могут быть прозрачными для одного типа энергии излучения и непрозрачными для другого. Например, стекло прозрачно для видимого и ультрафиолетового света, но непрозрачно для инфракрасной радиации.
В повседневной речи категория прозрачности применяется исключительно к видимому свету. Непрозрачные материалы могут либо впитывать, либо отражать энергию излучения, либо частично делать и то и другое. Это зависит от покрытия материала и нанесенной на него краски. Материалы с темным, тусклым и неровным покрытием впитывают больше энергии. Светлые, яркие и ровные предметы в большей степени отражают энергию.
Через чистое оконное стекло поступает больше света. Впитанный в материал видимый свет заставляет частицы двигаться быстрее и тем самым повышает температуру материала. Работающие над солнечными технологиями инженеры изучают особенности реакции тех или иных материалов на солнечную радиацию, чтобы затем использовать соответствующие задачам материалы в структурах, улавливающих солнечную энергию и позволяющих ее в дальнейшем использовать для обогрева и выработки электричества.
А теперь пора перейти от сухой теории к занимательной практике и провести небольшой эксперимент. Известная писательница и популяризатор науки Дженис Винклив в своей книге «Engineering for Every Kid» для юных инженеров предлагает интересный способ проверить обогревающие свойства солнечной энергии на практике.
Оборудование и материалы 1 мерный 250-миллилитровый стакан; холодная вода из-под крана; 2 одинаковые стеклянные литровые банки с крышками; 2 чайных пакетика; алюминиевая фольга.
Ход эксперимента Влейте по 250 миллилитров холодной воды в каждую из банок. Поместите в каждую из них по чайному пакетику. Закройте обе банки крышками. Оберните одну из банок алюминиевой фольгой, оставив необернутой только крышку. Обе банки поставьте под прямой солнечный свет. Спустя 15 минут осторожно встряхните каждую банку для того, чтобы сделать их содержимое однородным. Снимите с банок крышки. Освободите обернутую банку от алюминиевой фольги. А теперь сравните цвет «заварки».
«Чай» в обернутой фольгой банке будет лишь слегка коричневатым. В банке, которая оставалась прозрачной и открытой солнечным лучам, цвет «заварки» будет значительно темнее.
Почему так произошло? В пакетиках содержатся небольшие кусочки чайных листов, содержащих коричневые частицы, которые быстрее растворяются в теплой воде, чем в холодной. Чем больше этих частиц растворилось, тем темнее «заварка».
Стекло непрозрачно для инфракрасной радиации (тепловых волн), но прозрачно для видимого света. Вода нагревается, впитывая проходящий через нее видимый свет. Чем теплее вода, тем быстрее коричневые частицы растворятся в ней. Алюминиевая фольга непрозрачна для видимого света и, следовательно, он не проникает в обернутую ею банку. Вода в этой банке холоднее и частицы растворяются в ней медленно. В итоге цвет «заварки» светлее.
Чай особенно актуален в свете того, что кофе, любимый напиток миллионов, может стать редкостью.
Разумеется, эксперимент можно дополнить замерами температуры воды в обеих банках специальным кулинарным термометром или градусником для воды и подтвердить цифрами наблюдаемый эффект.
Материалы публикуемые на "НАШЕЙ ПЛАНЕТЕ" это интернет обзор российских и зарубежных средств массовой информации по теме сайта. Все статьи и видео представлены для ознакомления, анализа и обсуждения.
Мнение администрации сайта и Ваше мнение, может частично или полностью не совпадать с мнениями авторов публикаций. Администрация не несет ответственности за достоверность и содержание материалов,которые добавляются пользователями в ленту новостей.
