XIX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Энергия солнца и солнечная печь
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Когда-то в древности люди считали, что наша способность видеть обусловлена некими лучами, исходящими из глаз и как бы «ощупывающими» поверхность предметов. Каким бы смешным сегодня не казалось подобное представление, задумайтесь – а вы знаете, что такое свет? Откуда он берется? Как мы воспринимаем его, и почему разные предметы имеют разный цвет?
Наша работа посвящена возможностям, которые предоставляет нам наше светило — Солнце. Его энергия позволила зародиться жизни на Земле.
Современному человеку нужно много энергии. Почему бы не воспользоваться солнечной?! Надо подружиться с Солнышком!
Земля каждый день получает от Солнца в тысячу раз больше энергии, чем её вырабатывается всеми электростанциями мира. Солнечная энергия проникает во все уголки Земли, ее запасы неисчерпаемы для человечества.
Человек научился использовать энергию солнца. Калькуляторы на солнечной батарее, садовый фонарик… А солнечные электростанции? Это огромные поля, уставленные зеркалами, собирающими солнечную энергию, которая затем переводится в электрическую и по проводам разносится потребителям. А спутники, орбитальные станции, другие космические аппараты? Все они сейчас используют топливо только для выхода на орбиту. А в космосе разворачивают свои солнечные батареи и работают исключительно на энергии Солнца.
Цель: изучить свойства лучей, собрать солнечную печь
Задачи: поближе познакомиться с Солнцем, провести эксперименты: «Солнечное тепло», «Белый, черный цвет и Солнце», «Усилитель солнечных лучей», «Солнечная печь».
Гипотеза: предположим, что в нашей солнечной печи получится приготовить фруктовые чипсы и горячие бутерброды.
Для достижения поставленной цели, мы использовали следующие методы исследования: думали самостоятельно, изучали книги по данной теме, спрашивали у умных людей, Смотрели кино - и телефильмы по теме исследования, смотрели в глобальной сети Интернет, наблюдали, проводили опыты и эксперименты.
I. Обзор литературы
1.1.Свет и его свойства
Включите лампочку и поднесите к ней руку. Вы ощутите исходящее от лампочки тепло. Соответственно, свет – это излучение. Всякое излучение переносит энергию, однако далеко не всякое излучение мы можем воспринимать зрительно. Сделаем вывод, что свет – это видимое излучение. Опытным путем установлено, что свет имеет электромагнитную природу, поэтому можно дополнить наше определение следующим образом: свет – это видимое электромагнитное излучение.
Свет может проходить сквозь прозрачные тела и вещества. Поэтому свет солнца проникает к нам через атмосферу, хотя при этом свет преломляется. А встречаясь с непрозрачными предметами, свет отражается от них, и мы можем воспринимать этот отраженный свет глазом, и таким образом видим.
Часть света при этом впитывается предметами, и они нагреваются. Темные предметы нагреваются сильнее светлых, соответственно, большая часть света впитывается ими, а отражается меньшая. Поэтому эти предметы выглядят для нас темными.
Больше всего света впитывают предметы черного цвета. Именно поэтому летом в жару не стоит надевать черные вещи, потому что можно получить тепловой удар. По этой же причине летом мамы обязательно надевают детям светлые головные уборы, которые нагреваются значительно меньше, чем волосы, имеющие более темный цвет.
Тела, от которых свет исходит, называются источниками света. Различают естественные и искусственные источники света. Самый известный абсолютно всем жителям нашей планеты естественный источник света – это Солнце.
Солнце – это не только источник видимого света, но и тепла, вследствие которого и возможна жизнь на Земле. Другие естественные источники света – это звезды, атмосферные явления типа молнии, живые существа, такие как светлячки, и так далее.
Благодаря человеку существуют также и искусственные источники. Раньше для людей основным источником света в темное время был огонь: свечи, факелы, газовые горелки и так далее. В наше время наиболее распространенными являются электрические источники света. Причем они подразделяются в свою очередь на тепловые (лампы накаливания) и люминесцентные (лампы дневного света, газосветовые лампы).
Еще одно свойство света – это прямолинейное распространение. Свет не может огибать препятствия, поэтому за непрозрачным предметом образуется тень. Тень часто является не совсем черной, потому что туда попадают различные отраженные и рассеянные лучи света от других предметов.
Однако, если на пути распространения света возникает непрозрачная преграда, то лучи света не смогут пробиться сквозь нее. Именно поэтому возникают солнечные затмения, когда луна в своем движении оказывается между солнцем и Землей.[1]
-
-
Солнце и Солнечная система?
-
Солнце это огромная, раскаленная, похожая на шар звезда. Диаметр Солнца в 110 раз, а масса в 330000 раз больше диаметра и массы Земли. Однако существует множество звезд с размерами в десятки и сотни раз больше, чем Солнце. Поэтому Солнце ученые относят к звездам — карликам. Почти на 70% Солнце состоит из химического элемента водорода, и на 30% из гелия. Температура на поверхности Солнца достигает +6000 Градусов, а в центре +20 млн. градусов, а может быть и больше. Солнце излучает энергию, часть солнечного излучения достигает и нашей планеты. Поэтому посмотрим, что же это за излучение.
Солнечное излучение, или солнечная радиация, распространяется во все стороны в форме волн различной длины. Из чего оно состоит? Прежде всего, из видимого излучения, или, как еще говорят, солнечного света. Это особое, так называемое, коротковолновое электромагнитное излучение, состоящее из волн с длиной примерно 400 нм до 760 нм. Каждой длине волны света соответствует определенный цвет — один из цветов радуги. Не путайте цвет со светом! У фиолетового цвета самая короткая, а у красного самая длинная волна. Свет, который мы видим, распространяется с огромной скоростью света — 300 000 км/с. На то он свет!
Солнце, обладая невероятно большой температурой, остывает очень медленно. Откуда берется такая огромная энергия? Ученые считают, что на Солнце постоянно происходят термоядерные процессы, похожие на взрывы водородных бомб, но в тысячи раз более сильнее. Эти взрывы проявляются как более темные пятна и вспышки и сопровождаются колоссальным выделением энергии. Подсчитано, что энергия одной вспышки равна энергии, которую потребляет за год все человечество! Температура в пятнах примерно на 1000-2000 градусов меньше, чем вне пятна. Число пятен характеризует солнечную активность. [2]
-
Методика исследований
Исследования мы проводили летом 2022 года в детском саду и дома. Изучили литературу по теме, подобрали материал для экспериментов.
Провели эксперименты: «Солнечное тепло», «Белый цвет и солнце», «Усилитель солнечных лучей», «Солнечная печь».
-
Результаты исследований
Эксперимент1 «Солнечное тепло»
Для эксперимента нам понадобились термометр и зеркало.
Поставили термометр на подоконник на окне, в которое попадают солнечные лучи. Измерили температуру. Оставили термометр на окне. Поставили картонку у окна так, чтобы закрыть термометр от солнца. Еще раз измерили температуру. Затем подставили зеркало так, чтобы лучи отражались от него и падали на термометр. Через несколько минут проверили температуру. Мы попробовали отразить свет от лампы накаливания. Результат получился такой же, как в эксперименте с солнечным светом.
Вывод: В случае, когда мы использовали зеркало, температура оставалась такой же, как и в случае прямого воздействия солнечных лучей на термометр. Когда термометр был закрыт от солнца, наблюдали понижение температуры. Температура на солнце выше температуры в тени![3]
Эксперимент 2 «Белый цвет и солнце»
Оборудование и материалы: Два бумажных стакана: один белый внутри, другой - покрашен черным цветом, два термометра, пэт. пленка, солнечный свет.
В стаканы поместили термометры, накрыли пленкой, сделали прорези для термометров. Собранные конструкции поместили на солнце. Стали наблюдать. В стакане, белом изнутри, температура поднялась на 2 градуса выше, чем в темном стакане. Итак, черный цвет поглощает больше теплового излучения! Белый цвет, отразил солнечные лучи, но пленка не дала теплу выйти, поэтому температура воздуха стала выше, и термометр показал более высокую температуру.[3]
Эксперимент 3 «Смешение света».
Разделили картонный круг на шесть секторов. Каждый из секторов раскрасили в шесть радужный цветов. Нашли середину круга, сделали дырочку и вставили в нее восковой карандаш, получился волчок. Раскрутили волчок. Наблюдали за происходящим.
Вывод: когда круг начинает быстро вращаться, он становится почти белым. Разные цвета. Которые видят наши глаза, смешиваются в нашем мозге, мозг сообщает нам, что суммарный цвет этой «смеси» -белый. [4]
Эксперимент 3 «Усилитель солнечных лучей».
Оборудование и материалы: лупа, деревянная дощечка.
Лупу приложили к дощечке и начали плавно отводить ее в сторону солнца. Сначала увидели на дощечке солнечное пятно размером с линзу, которое будет уменьшаться и наконец, превратится в маленькую яркую точку. Немного подождать и дощечка задымиться. Померили температуру пятна, она стремительно ползла вверх.
Объяснение: Благодаря выпуклой форме линзы преломленные в ней лучи собираются в одном месте – фокусе. Таким образом, все лучи греют одну маленькую точку, поэтому в ней так горячо.[3]
Эксперимент Большая и малая «Солнечная печь», можно ли поймать энергию солнца?
Оборудование и материалы: картонная коробка, одноразовые стаканы: большой и маленький, черная бумага, клей, фрукты, нож, упаковочная пленка, фольга, ножницы, салфетки.
Солнечная печь концентрирует солнечные лучи на небольшой области и увеличивает температуру ее нагрева так, чтобы это стало ощутимым. Заклеили маленький пластиковый стакан внутри черной бумагой. Мелко нарезали яблоки. Уложили их в стакан, плотно закрыли упаковочной пленкой. Свернули из фольги конус и закрепили, поместили его в стакан с фруктами. Стакан вместе с конусом поставили в большое пластиковой ведерко. Заполнили зазоры между сосудами салфетками. Малая духовка готова. Установили духовку так, чтобы верх конуса был направлен к солнцу.
Объяснение: работа солнечной духовки основана на поглощении тепла. Солнечный свет попадает в конус из фольги и, отражаясь от его стенок, концентрируется на стаканчике с фруктами. Черный стакан накапливает солнечный жар, а пленка мешает теплу выйти наружу.
Для большой солнечной печи взяли картонную коробку. На крышке нарисовали большой квадрат. Прорезали по трем сторонам, чтобы получился клапан. Отогнули клапан. Обернули его изнутри фольгой и закрепили ее скотчем. Коробку внутри тоже выложили фольгой. На дно положили лист черной бумаги. Закрепили крышку и поставили коробку так, чтобы в нее попадало как можно больше света. Положили еду и накрыли прозрачным пластиком. Большая печь готова![4]
IV. Выводы и заключение.
Живая природа не может существовать без света, так как солнечная радиация, достигающая поверхности Земли, является практически единственным источником энергии для поддержания теплового баланса планеты, и жизни на Земле.
Проведя исследования, мы узнали:
- солнечный свет можно отразить, при этом он не растеряет свои свойства и энергию;
- черные поверхности поглощают солнечные лучи, а белые, наоборот – отражают;
- солнечный луч белого цвета, эксперимент «смешение цветов» помог нам это увидеть;
- используя свойства солнечного света, мы собрали солнечные печки: большую и малую и приготовили в них фруктовые чипсы и бутерброды с сыром.
Наша гипотеза подтвердилась, в нашей солнечной печи получилось приготовить фруктовые чипсы и горячие бутерброды с сыром.
Литература.
-
-
http://www.nado5.ru/e-book/svet-istochniki-sveta-rasprostranenie-sveta
-
Рянжин С.В. Новый экологический словарь. – СПб.: «Анатолия», 2008 – 416с.
-
C. Болушевский, М. Яковлева «365 научных экспериментов на каждый день. –Москва: Издательство «Э»,2016.-320с.:ил.
-
Жукова В.А. «Познавательные опыты в школе и дома. Москва «РОСМЭН» 2001.
-
Приложение
|
Модель солнца, фотоны |
||
|
Усилитель солнечных лучей |
||
|
Белый цвет и солнце |
||
|
Смешение света |
||
|
Солнечное тепло, отражение света |
||
|
Солнечная печь |
||
15