Гуженко Артём

В данной работе ученик пытается выяснить, действительно ли чёрный цвет сильнее притягивает солнечные лучи, а белый их отталкивает.

Скачать:

Предварительный просмотр:

Исследовательская работа по теме «Чёрное или белое?»

Руководитель: Овсянникова М.Н.,

Учитель начальных классов

Однажды в жаркий летний день мы с мамой и папой собрались пойти на прогулку. Я надел чёрную футболку и тёмную кепку, но мама сказала, что в этой одежде мне будет жарко, так как чёрный цвет сильнее притягивает солнечные лучи. Я, конечно, послушал маму и переоделся в светлую одежду, но решил подумать над этим вопросом. Почему тогда в странах Африки живут люди с чёрным цветом кожи, ведь должно быть им очень жарко. И почему на холодном севере живут белые медведи, наверное, им холодно?

Проблема

Действительно ли белый цвет отражает солнечные лучи, а чёрный «притягивает» их?

Гипотезы

Возможно, лучи «не видят» белый цвет?

Предположим, что тёмная одежда просто ярче и заметнее.

Допустим, что это просто суеверная примета.

Цель

Выяснить, действительно ли чёрный цвет сильнее притягивает солнечные лучи, а белый их отталкивает.

Задачи

Познакомиться с дополнительной литературой и материалами интернета по данному вопросу;

Обратиться к учителю физики за консультацией;

Провести опыт для подтверждения или опровержения данного вопроса;

Подготовить презентацию - отчёт о проведённой работе.

Теоретическая часть

Сначала я решил выяснить, почему в Африке живут люди с чёрным цветом кожи. Если чёрный притягивает сильнее солнечные лучи, то этому народу не позавидуешь…

Из книг и энциклопедий я узнал, что согласно древней легенде, раньше все люди имели черный цвет кожи. Однажды они обнаружили озеро с водою, окрашивающей человека в белый цвет, который после уже не смывался. Люди пошли к этому озеру и, окунувшись в него, приобретали белый цвет кожи. Когда же дошла очередь до жителей Африки, воды в озере осталось уже настолько мало, что они смогли окунуть в воду всего лишь ладони рук и ступни ног. Вот почему африканцы черные.

Существует еще одно объяснение, почему в жарких странах есть люди с черной кожей, которое более похоже на правду, чем легенда.

Оказывается, кожа таких людей богата меланинами, то есть веществами, которые содержатся в коже, человеческих тканях, волосах и даже сетчатке глаза. Меланины широко распространены в растительных и животных тканях. Они определяют окраску кожи и волос, например масти лошадей, цвет перьев птиц, чешуи рыб. А еще меланины поглощают лучи ультрафиолета и, соответственно, защищают ткани от ожогов. То есть, природа сама придумала, как оберегать жителей жарких стран от ожогов и сделала их черными.... Так значит, люди с тёмным цветом кожи лучше защищены от ультрафиолета, а не от света или тепла. Вот и весь вопрос…

Но почему на холодном севере живут белые медведи? В месте обитания этих хищников очень холодно, поэтому каждый солнечный луч, дающий тепло ценен. А белый окрас шерсти медведей, должно быть, хорошо отражает свет – вот темная шерсть нагревалась бы гораздо лучше. Но тогда медведь среди льдов и снега стал бы издали виден. Бояться хищнику некого – при его размерах врагов у него просто нет. После запрета охоты на белых медведей они и людей бояться перестали. А вот маскировка на охоте очень даже нужна. Ведь среди белоснежного пейзажа только черные глаза, нос и губы выдают мишку, подбирающегося к добыче.

Оказывается, кожа белого медведя черная! А как же свет пробивается к телу через толстую шубу? На самом деле шерстинки полые (пустые) внутри, и лучи легко доходят до черной кожи, которой и передают тепло.

Из дополнительной литературы и от учителя физики я узнал, что все цвета, встречающиеся в природе, делят на ахроматические (бесцветные) и хроматические (цветные).

К ахроматическим относятся белый и черный, а также все серые цвета, которые получают смешением белого и черного цветов. Ахроматические цвета в спектре отсутствуют. В природе не существует таких тел, которые полностью отражали бы весь падающий на них световой поток, и все тела в той или иной мере поглощают свет.

Чёрные и белые цвета по-разному отражают свет. Самое сильное отражение имеет порошок окиси магния, являющийся самым белым предметом.

А вот лучше всего поглощает свет черный бархат, он кажется нам самым черным предметом.

Практическая часть

Для того, чтобы убедиться в том, что поверхности тёмного цвета лучше поглощает свет проведём эксперимент.

Нам понадобятся две пластмассовые бутылки с закрученными пробками. Одну бутылку выкрасим в чёрный цвет, другую обернем белым скотчем. Подвесим бутылки горлышками вниз, между ними поставим настольную лампу. Она должна располагаться довольно близко к бутылкам, на равном расстоянии от каждой.

Шилом проделаем в пробках отверстия, вставим в них прозрачные шланги. Свободные концы шлангов подвесим на уровне дна бутылок. В результате каждая бутылка со шлангом должна напоминать английскую букву «U».

Теперь полученную конструкцию необходимо наполнить водой. Снимем бутылки, отсоединим шланги. Нальем воду в первый шланг до половины, выльем ее в бутылку. Для наглядности добавим в воду марганцовку. Закрутим пробку, вставим шланг и подвесим бутылку. Жидкость заполнит нижнюю часть шланга. То же самое проделаем со второй бутылкой. Когда вся конструкция примет начальное положение, жидкости в двух шлангах должны находиться на одном уровне. Включим лампу и проследим за тем, что происходит.

Результат

После включения лампы, практически сразу начала свое движение вода в шланге, который подсоединен к черной бутылке. Она поднялась по шлангу вверх и начала выходить наружу. Вода из трубки, присоединенной к белой бутылке, поднялась незначительно. Что из этого следует? Включенная лампа нагревает бутылки и воздух в них. При нагревании воздух расширяется и давит на воду в шланге. Под давлением воздуха она поднимается вверх и достигает кончика шланга тем быстрее, чем быстрее будет нагреваться воздух, а, следовательно, и поверхность самой бутылки. Из опыта видно, что первой к финишу пришла вода из шланга, который соединён с чёрной бутылкой. Кроме цвета, бутылки ничем не отличались, условия эксперимента для них были одинаковыми. Из этого следует, что чёрные поверхности нагреваются быстрее.

Выводы

Таким образом, гипотезы, что лучи «не видят» белый цвет, что тёмная одежда просто ярче и заметнее или, что это просто суеверная примета не подтвердились.

В результате опыта я выяснил, что чёрный цвет лучше, чем белый, поглощает свет. Значит, действительно, в жаркую солнечную погоду нужно носить светлую одежду.

Практическая значимость

Материалы работы можно использовать на уроках окружающего мира и для бесед по профилактике солнечного или теплового удара с детьми в летнем оздоровительном лагере. ;

Аква-Флекс Сан Рефлект

Отталкивает тепло солнечных лучей и пропускает лучи света.

Полиуретановая прозрачно-зеленоватая краска на водной основе для окрашивания внешних стекол и площадей сооружений, подвергающихся воздействию солнца. Отталкивает до 85% тепла солнечных лучей, тем самым препятствует нагреву, фильтрует и пропускает только свет.

Защитная краска для конструкций и сооружений, чувствительных к нагреву, отталкивающая тепло солнечных лучей, тем самым предотвращая нагрев, однокомпонентная и очень простая в использовании, используется для покрытия наружных поверхностей.

Производится также на основе двухкомпонентного полиуретана для большей устойчивости в условиях внешней среды на долгие годы.

Свойства:

— отталкивает большинство тепла солнечных лучей, предотвращает нагрев окрашенных поверхностей;

— предотвращает нагрев сооружений, где находятся люди и оборудование;

— водорастворимая, однокомпонентная, простая в использовании;

— экономична, для окрашивания тонким слоем;

— позволяет значительно сэкономить энергию для охлаждения и кондиционирования.

Применение:

— для окрашивания наружных стен, окон, крыш жилых и промышленных зданий;

— для окрашивания наружных стен и крыш из металла, нагревающегося на солнце;

— для окрашивания наружных поверхностей кабин транспортных средств в жарких условиях и при сильном солнце;

— для окрашивания наружных поверхностей контейнеров и трейлеров с оборудованием;

— для окрашивания наружных поверхностей закрытых военных транспортных средств;

— для окрашивания наружных поверхностей моторизованных частей оборудования и оружия.

Технические характеристики:

— теоретический расход – 1 л на 8 м;

— эластичность – 1 мм (Sheen);

— плотность – 1,0 – 1,2 г/см 3 ;

— вязкость – 1000-3000 Pa.s (Брукфилд);

— жесткость – 3 Dg (Эриксон);

— истираемость – 120 мкм – 850 cycles (Гарднер) ASTM;

— возврат тепла – 80-85% в среднем на поверхности «полифлекс белый» (SRI ASTM E 1980=Reflectance ASTM E 903: Surface Emimitance ASTM E 408);

— возврат тепла – 90-100% в среднем на листах ТРО белых или на поверхности покрытого алюминием.

Состав:

— качественная полиуретановая эмульсия, устойчивая в наружных условиях;

— наполнители, пигменты;

— специальные вещества для отталкивания тепла;

— добавки.

Цвета:

— прозрачно-белый.

Блеск:

— шелк.

Высыхание до касания:

— 60 минут.

Высыхание между слоями:

— 2-8 часов, окончательное – 24 часа.

Способ нанесения:

— кисть, роллер, распыление;

Разбавление:

— вода;

— кисть, роллер – 10-20%;

— распыление – первый слой 30%, второй слой — 5%.

Подготовка поверхности:

— очистить поверхность от пыли, жиров, грязи и старой краски;

— обработать наждачной бумагой, пыль удалить воздухом под давлением.

Грунтовка:

— новая стена – отшлифовать стену, очистить от пыли и покрыть слоем Денбертекс Праймер;

— крыша – слой Аква-Флекс Белый на смолу или битумные листы;

— старая краска – зачистить наждачной бумагой, очистить от пыли и нанести слой Денбертекс Праймер;

— старая крыша – очистить водой под большим давлением, высушить и нанести Аква-Флекс Белый;

— гофрированная крыша и другие – Тутгум Универсал;

— стальные контейнеры с оборудованием, бронированные транспортные средства – Эпоксидан Праймер Антикоррозионный, если есть легкая ржавчина – Эпоксидан Праймер Преобразователь Ржавчины.

Поставляемая упаковка:

— 5 л, 18 л, 200 л.

Условия хранения:

— в темном месте при комнатной температуре.

Срок хранения:

— 12 месяцев в оригинальной упаковке.

Очистка инструментов:

— водой с мылом сразу после работы.

Меры предосторожности:

— не употреблять в пищу;

— хранить в недоступном для детей месте;

— наносить краску в хорошо проветриваемом помещении;

— для работы одевать защитные очки, одежду и перчатки;

— в случае попадания в организм немедленно обратиться к врачу;

— при контакте с кожей и попадании в глаза промыть большим количеством воды и обратиться к врачу;

— внимательно прочтите инструкцию по технике безопасности на упаковке.

Контроль качества:

— производится на предприятии производителя в соответствии со спецификацией института стандартов;

— ISO 9001-2008.

Пожалуйста, обратите внимание:

Технические характеристики – это общая информация, которая ни к чему не обязывает . Продукт предназначен для профессионального использования специалистами, имеющими стаж в данной области. Технические характеристики не являются заменой консультации, обучению и руководству. Перед основным применением следует проверить на небольшой площади. Технические характеристики носят непостоянный характер и допускают внесение изменений, текущие версии предоставляются по запросу. Имена профессиональных консультантов вы можете получить по телефону. Внимательно ознакомьтесь с инструкцией по технике безопасности MSDS перед началом работы с данным продуктом.

Экология потребления. Будь то крыша вашего автомобиля или крыши домов, но есть некоторые вещи, которые не желательно нагревать на солнце. Они не только становятся неприятными на ощупь, но и преждевременно теряют свои рабочие качества.

Будь то крыша вашего автомобиля или крыши домов, но есть некоторые вещи, которые не желательно нагревать на солнце. Они не только становятся неприятными на ощупь, но и преждевременно теряют свои рабочие качества.

Пока одним из решений данной проблемы является покраска поверхностей в белый цвет, ученый из Университета Джонса Хопкинса разработал другой способ – отражающую краску на основе стекла.

Доктор Джейсон Бенкоски (Jason Benkoski) изготавливает свою краску из дешевого и доступного материала - силиката калия, сырого ингредиента стекла, который растворяется в воде. Он модифицирует его таким образом, чтобы материал возможно было распылить на поверхность и высушить, тем самым, он становится водонепроницаемым. Ученый также добавляет пигмент, чтобы придать цвет и повысить отражающие свойства.

Краска почти полностью неорганическая, что должно сделать ее гораздо более прочной, чем традиционные органические полимерные краски, которые теряют свои качества под воздействием солнечного света. Кроме того, она не выделяет столько летучих органических соединений, наносящих вред окружающей среде, которыми богаты традиционные краски.

Также вместо того, чтобы покрыться трещинами, эта краска обладает возможностью расширяться и сжиматься вместе с металлическими поверхностями, на которые она была нанесена.

Краску смешивают с белым пигментом, для отражения солнечного света, чтобы ее можно было применять на любой поверхности для поддержания постоянной температуры. Это не только поможет сохранить температуру здания, но и уменьшит спрос на кондиционеры, также продлит срок службы любой металлической поверхности, так как уменьшает негативное воздействие тепла на металлоконструкции.

Ученый говорит, что несмотря на то, что краска твердеет, она продолжает сохранять

Хотя Бенкоски разрабатывал свою краску в основном для использования на военных коряблях, он предусматривает ее использование на таких вещах, как оборудование детской площадки, трибуны, или крыши. Полевые испытания планируется начать в течение двух лет. опубликовано

Традиционно летнюю одежду шьют из тканей светлых цветов. Считается, что светлая одежда отражает солнечные лучи, и человеку не так жарко на солнце. Однако же, эксперты настоятельно рекомендуют в жаркие солнечные дни носить темную одежду. Именно она защитит нашу кожу от вредного воздействия ультрафиолетовых лучей, способных вызвать рак кожи.

Люди, желающие уберечь себя от вредоносных ультрафиолетовых лучей, должны облачатся в темную одежду, а не в яркие гавайские рубахи, считают эксперты. Желтые рубашки защищают от солнечных лучей хуже всего. Мало кому придет в голову надеть на себя черную или темно-синюю одежду в жаркий солнечный день, однако ученые из Каталонского университета, Испания, советуют выбирать именно эти цвета. «Цвет ткани имеет колоссальное влияние на ее защитные свойства от ультрафиолетового излучения», - рассказывает автор исследования, доктор Астенсьон Рива (Ascension Riva).

Традиционные для теплой погоды белый и желтый цвета подвергают человека большему риску появления рака кожи, утверждают ученые. А темные и более насыщенные цвета лучше поглощают солнечные лучи. В особенности хорош в этом аспекте темно-синий и красный цвета – они защищают кожу лучше всего. Об этом ученые рассказали на страницах журнала Industrial and Engineering Chemistry . В ходе работы они окрашивали одинаковую хлопковую ткань в различные оттенки красного, голубого и желтого цветов, а затем измеряли способность каждого образца поглощать ультрафиолетовые лучи.

Большинство людей, отдыхающих на курортах, рассчитывают на одежду для защиты от палящих солнечных лучей, хотя обычного солнцезащитного крема было бы вполне достаточно. Следует помнить, что белые футболки и облегающие маечки, а также мокрые купальные костюмы, плохо защищают от ультрафиолетовых лучей. Ученые уверены, что эта информация может быть полезной не только потребителям, но и производителям одежды для создания продукции, способной эффективно защитить от солнца.

Краска УФ-отверждения содержит вещества, которые реагируют на воздействие ультрафиолетового излучения, поэтому высыхают на воздухе. Такой красочный материал применяют для различных видов печати, например, офсета, флекса, трафаретной, для воспроизведения растровой графики. Его наносят на любые поверхности - бумажные, пластмассовые, полиэтиленовые, толстым или тонким слоем.

В процессе печати используют УФ-лампы, которые закрепляют нанесенную на изделие краску. Некоторые красочные материалы, которые отвердевают под воздействием ультрафиолетовых лучей, токсичны, ими нельзя печатать на продуктовых упаковках. Зато во время высыхания они не выделяют в воздух растворителей, в отличие от сольвентных составов. Однако при использовании ламп выделяется озон, который может быть токсичным, если его концентрация в воздухе высока.

Особенности красок

Краска ультрафиолетового отверждения отличается от обыкновенных, основанных на растворителях составов, способностью высыхать и «схватываться» почти мгновенно. Другие особенности УФ-красящих материалов:

• жесткая структура;
• более вязкая, липкая;
• устойчива к влаге;
• не истирается так быстро, как сольвентные краски;
• застывает (высыхает) только под воздействием УФ-излучения.

В составе УФ-отверждаемых чернил:

• пигмент или краситель, который придает основной цвет покрытию;
• специализированное жидкое связующее, которое превращается в твердую пленку, полимеризуется под воздействием УФ-лучей;
• фотоинициатор, который участвует в химической реакции полимеризации или отверждения красочного слоя;
• УФ-отвердитель - это олигомеры, которые представляют собой вязкие вещества, отвердевающие под воздействием ультрафиолета;
• мономеры - растворители, растительные масла;
• добавки, воски и наполнители.

На заметку! Красящий состав представляет собой порошок из отверждаемых полимеров, который нагревается, расплавляется и образует прочную пленку на бумаге, пластмассе или древесине.

Интересная особенность красок ультрафиолетового отверждения в том, что на белом материале слой закрепляется быстрее, а на темном - медленнее, потому что светлый фон отталкивает УФ-излучение, а черный, наоборот, поглощает.

Способы отверждения

Последняя стадия в получении слоя лакокрасочного материала - сушка. Дисперсная среда в процессе высыхания порошковых лаков и красок - воздух. Пленка получается, потому что твердые полимерные частицы в составе материала образуют прочную связь, сначала расплавляются, потом отверждаются. Красящий состав нагревается до 110 градусов и застывает в считанные секунды.

Источники ультрафиолета

Оптимизация процесса отвердения зависит от выбора ультрафиолетового излучателя. Источниками УФ-света могут быть:

• безэлектродные, светодиодные, кварцевые излучатели;
• ртутные лампы;
• люминесцентные, ксеноновые осветительные приборы;
• Led UV сушильные лампы.

Главное правило при выборе отверждающей лакокрасочное покрытие машины - частота излучения прибора должна совпадать с частотой поглощения фотоинициатором, который отвечает за оптимальную дозу UV лучей и способность красящих материалов вступать в химическую реакцию.

Для отверждения порошковых лакокрасочных материалов можно применять и лампы широкого спектра, однако у них есть существенные недостатки:

• энергозатратность;
• токсичность.

Внимание! Перечисленные приборы при нагреве выделяют в воздух большое количество озона, который пагубно влияет на здоровье.

Качество покрытия

Отверждаемые полимеры в составе красок и лаков образуют в процессе высыхания прочную пленку. Толщина слоя не влияет на качество результата. Лакокрасочный материал:

• ложится ровно;
• не растекается за границы изображения;
• распределяется равномерно.

На качество оказывают влияние:

• красящий состав, в который входят пигмент, разбавитель, смола, фотоинициатор, наполнители, синергетик;
• окрашиваемая поверхность;
• условия, в которых происходит покраска;
• доза излучения;
• вид УФ-прибора;
• расстояние между лампами и от источника излучения до подложки.

Красочное покрытие получается прочным, устойчивым к влаге, не выцветает под воздействием солнечного света, другого излучения, поэтому даже полноцветные изображения, нанесенные при помощи УФ-отверждаемых красок, выходят высококачественными.

Преимущества и недостатки технологии УФ-отверждения

Метод ультрафиолетового отверждения экологичен. Другие плюсы современной технологии:

• короткий период высыхания лака или краски;
• высокая производительность;
• экономичность, потому что сушка готовых изделий не занимает времени;
• применение частями, например, окрашивание определенного участка поверхности;
• вторичное использование остатка ЛКМ или стекшего лакокрасочного материала;
• нанесения тонким слоем достаточно для высокого качества готового изделия;
• прочность и стойкость окрашенной поверхности;
• малая взрывоопасность;
• безопасность для здоровья.

У технологии УФ-отвердения есть и недостатки:

• использование на автоматических линиях окупается только в случае высоких объемов производства;
• цена лакокрасочных материалов выше аналогичных сольвентных или фолиевых;
• если нужно окрашивать неплоские поверхности, сушка занимает больше времени;
• для достижения высокого качества процесс отверждения должен быть замедлен.

Кроме того, если на окрашиваемой поверхности образовались дефекты слоя, например, подтеки, капли, чаще всего они неустранимы.

На рынке лакокрасочных материалов существует несколько видов красящих составов, которые высыхают под воздействием ультрафиолета.

Специфика красок УФ-отверждения

В печатных цехах используются акриловые, водоразбавимые, полиэфирные лаки и красочные материалы, которые отверждаются УФ-излучением.

Акриловые

Эти краски высыхают буквально за несколько минут и отличаются высокой реактивностью, обладают почти 100%-ным сухим остатком. В составе отсутствует УФ-отвердитель. Твердость и прочность получившегося слоя дает возможность использовать материал при покраске паркетных покрытий. Они экологичные, в процессе высыхания почти не выделяют испарений. Однако при контакте с открытой кожей вредят эпидермису, поэтому работать с акриловыми ЛКМ надо в перчатках, респираторе и очках. Из-за высокой вязкости акриловые ЛКМ нельзя наносить способом распыления.

Полиэфирные

Эти краски и лаки недорогие, но для полного высыхания требуется обдув. Отверждаются при воздействии большого количества ультрафиолетовых ламп. Подходят для нанесения распылением. Слои ЛКМ имеют свойство желтеть во время отверждения УФ.

Водоразбавимые

Характеристики этих лакокрасочных материалов:

• экологичность;
• высокое качество;
• безопасность.

Водоразбавимые ЛКМ не желтеют и пригодны для распыления. При высыхании образуют прочные пигментные слои высокого качества. Абсолютно безвредны при попадании на открытую кожу. Они дороже акриловых и полиэфирных, требуют конвективной сушки.

Таблица сравнения акриловых, полиэфирных и водоразбавимых красок УФ-отверждения

УФ-краски в печати

Технология отверждения ультрафиолетом используется почти во всех способах печати:

• трафаретной всех видов;
• флексопечати;
• шелкографии;
• офсетной листовой и рулонной;
• полиграфии;
• широкоформатной, на струйных принтерах.

Благодаря уникальным свойствам красящих материалов почти мгновенно отверждаться, печатать УФ-красками можно на разных материалах:

• бумаге;
• древесине;
• пластмассе;
• пленке;
• пластике.

Если печать производится на невпитывающих материалах, например, полиэтиленовых пленках, необходимо контролировать натяжение поверхности, потому что проблема сцепления красящего слоя с пленкой или пластиком может быть миной замедленного действия. Дефекты станут видны позже, а исправить брак будет невозможно, поэтому натяжение проверяют специальными чернилами или тестовыми карандашами.

Во время печати должны соблюдаться следующие климатические условия:

• температура от 18 до 24 градусов;
• влажность от 50 до 60%.

Важно! Свет от ламп дневного освещения и солнечные лучи не должны попадать на печатную машину, банки с красящими материалами. Для защиты на окнах надо использовать желтые фильтры и лампы безопасного желтого и белого спектра.

Готовые изделия можно покрывать лаками UV отверждения, которые защищают продукцию и создают специальные эффекты, например, глянцевую или матовую поверхность. УФ-лакирование считается экологичной, безопасной и экономически выгодной технологией.

В целом, краски и лаки, отверждаемые ультрафиолетом, пользуются популярностью в печатных цехах Москвы, потому что даже при печати на «капризных» материалах дают хорошие результаты.