Глава 1. Тепловые явления. § 9. Излучение — с. 38
Упражнение 7. Задача 3. Почему снег, покрытый сажей или грязью, тает быстрее, чем чистый?
Решение. Чистый снег белый и хорошо отражает солнечное излучение, поэтому поглощает мало энергии. Сажа и грязь — тёмные вещества, которые хорошо поглощают энергию излучения. Покрытый ими снег поглощает больше энергии Солнца, нагревается сильнее и быстрее достигает температуры плавления, поэтому тает быстрее.
Ответ: загрязнённый снег лучше поглощает энергию излучения Солнца, чем чистый, поэтому тает быстрее.
Ответ: загрязнённый снег лучше поглощает энергию излучения Солнца, чем чистый, поэтому тает быстрее.
Упражнение 7. Задача 4. Почему спецодежда пожарных обычно серебристого цвета?
Решение. Серебристая блестящая поверхность плохо поглощает и хорошо отражает энергию излучения. Пожарному приходится работать вблизи пламени, которое испускает сильное излучение. Серебристая ткань (часто с металлизированным слоем) отражает большую часть излучения пожара, поэтому одежда и человек под ней нагреваются меньше.
Ответ: серебристая одежда хорошо отражает тепловое излучение пламени и защищает пожарных от перегрева.
Ответ: серебристая одежда хорошо отражает тепловое излучение пламени и защищает пожарных от перегрева.
Упражнение 7. Задача 5*. Скафандры, надеваемые космонавтами, обычно окрашены в белый цвет. В то же время некоторые поверхности космического корабля чёрные. Чем объясняется выбор цвета?
Решение. В космосе нет воздуха, поэтому теплообмен происходит почти только излучением. Скафандр космонавта находится под прямыми лучами Солнца, а белая поверхность хорошо отражает излучение и мало нагревается; кроме того, она слабо излучает энергию и не даёт скафандру быстро остыть в тени. Это помогает сохранять температуру, нужную человеку. Некоторые поверхности космического корабля (например, радиаторы, часть теплообменников и датчики) окрашивают в чёрный цвет, чтобы они лучше поглощали энергию излучения там, где это нужно, или, главное, чтобы лучше излучать избыточную энергию в окружающее пространство и охлаждать приборы. Таким образом, цвет подбирают так, чтобы получить нужный тепловой режим: белый — для защиты от нагревания, чёрный — для поглощения или более интенсивного излучения энергии.
Ответ: белый цвет уменьшает нагревание излучением, чёрный нужен там, где требуется лучше поглощать или испускать энергию излучения.
Оговорка: конкретная окраска элементов корабля зависит от его конструкции.
Ответ: белый цвет уменьшает нагревание излучением, чёрный нужен там, где требуется лучше поглощать или испускать энергию излучения.
Оговорка: конкретная окраска элементов корабля зависит от его конструкции.
§ 9. Дополнительный вопрос 1. (Это любопытно… Городские «острова тепла».) Термин «остров тепла» имеет отношение к территории с более высокой по сравнению с окружающей местностью температурой воздуха или земной поверхности. Формирование «островов тепла» характерно для мегаполисов — в центре города температура несколько выше, чем на окраине (рис. 23). С чем это связано? [на рисунке: график температуры воздуха после полудня вдоль профиля от сельской местности через пригородную жилую зону, торговые центры, центр города, городскую жилую зону, парк, пригородную зону до сельской местности: около 29,5 °C за городом, около 31 °C в пригороде, максимум около 33 °C в центре, около 31 °C в жилой зоне, меньше в парке]
Повышение температуры в центре города объясняется несколькими причинами. Во-первых, материалы городского строительства (асфальт, бетон, кирпич, крыши) днём хорошо поглощают солнечное излучение, а ночью остывают медленнее, чем почва, трава и лес. Во-вторых, из-за стоящих близко друг к другу высоких зданий солнечное излучение многократно отражается и поглощается — возникает эффект «городского каньона», который действует как «ловушка» для энергии. В-третьих, здания мешают свободному перемещению воздушных масс, поэтому затруднено охлаждение за счёт конвекции. В-четвёртых, промышленные объекты, автотранспорт и отопление выделяют энергию, а выбросы сажи, пепла и газов в атмосферу усиливают парниковый эффект. Всё это вместе приводит к тому, что в центре города температура выше, чем в сельской местности, на 1–10 °C.