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-색에 따른 태양 복사 에너지의 흡수량-
1. 탐구 동기
대부분의 사람들이 여름에는 흰 색 계통의 옷을 입으면 시원하고 겨울에는 검은 색 계통의 옷을 입으면 따뜻하다고 한다. 그 것은 각각의 색이 흡수하는 태양 복사 에너지의 양이 다를 것이고, 그런 이유 때문에 흰 색의 옷을 입으면 시원하고 검은 색의 옷을 입으면 따뜻할 것이라는 생각을 하게 되었다. 그래서 이번 기회를 통해 색에 따른 태양 복사 에너지의 흡수량에 대해 알아보게 되었다.
2. 탐구 목표
?물체가 햇빛을 흡수하는 정도는 색깔에 따라 다르다.
?태양 복사 에너지가 색깔에 따라 흡수되는 정도를 실험을 통해 알 아본다.
3. 준비물
?스티로폼 판자, 온도계 6개, 6가지 색의 색종이
4. 탐구 활동 실험 시 유의 사항
① 실험은 바람이 없고 맑은 날 오전11시에서 오후 3시 사이에 실시하는 것이 좋다.
② 햇빛을 쬘 때는 판자의 표면과 햇빛이 항상 수직으로 놓이도록 판자의 각도를 조절한다.
③ 6개의 온도계의 온도가 모두 같도록 한다.
④ 온도계는 0점이 보정된 것을 사용한다.
5. 탐구 활동 과정
① 스티로폼 판자 위에 그림자 보기 막대를 직각으로 설치하고 검은색, 보라색, 파란색, 노란색, 빨간색, 흰색 색종이로 밑부분을 싼 온도계를 나란히 배열하여 그림자 보기 막대의 그림자가 생기지 않도록 (햇빛에 수직이 되도록) 판자의 각도를 조절한다.
<실험 장치>
② 20분 동안 햇빛을 쪼이면서 2분 간격으로 각 온도계의 온도를 측정한다.
③ 온도계의 눈금을 읽어 온도를 기록한다.
시간(분) 흰 색 빨간색 노란색 파란색 보라색 검은색
0 25.0 25.0 25.0 25.0 25.0 25.0
2 25.4 25.5 25.7 26.0 26.2 26.5
4 25.9 25.8 26.2 26.7 27.0 27.9
6 26.3 26.5 26.6 27.5 27.7 29.3
8 26.7 27.2 27.4…(생략)
28.0 28.2 30.6
10 27.0 27.9 28.0 28.7 28.9 32.0
12 27.5 28.3 28.5 29.2 29.8 33.0
14 28.4 29.1 28.9 29.7 30.7 33.5
16 28.9 29.6 29.6 30.6 31.9 34.2
18 29.3 30.3 30.5 31.5 33.0 35.0
20 30.2 30.7 31.3 32.4 33.5 35.7
④ 시간에 따른 온도 변화를 그래프로 나타낸다.
6. 탐구 활동 결과 정리
① 각각의 색마다 온도가 올라가는 정도가 다르다.
② 흰 색에서 빨간 색, 노란 색, 파란 색, 보라 색, 검은 색으로 갈수록 온도의 변화가 급격하게 이루어진다.
③ 따라서 흰 색에서 빨간 색, 노란 색, 파란 색, 보라 색, 검은 색으로 갈수록 태양 복사 에너지의 흡수량이 많아진다.
④ 색에 따른 태양 복사 에너지의 흡수량이 다르다.
7. 태양 에너지의 흡수
흰 색은 빛을 잘 반사하고, 검은 색은 잘 흡수한다. 태양 에너지의 반사율을 일반적으로 알베도(albedo)라 하는데, 눈의 알베도는 80~90%, 도로나 숲의 알베도는 5~10%이다. 또한 지구의 알베도는 30%이다. 태양에서 지구로 오는 에너지를 100이라고 가정하면 지구는 대기 반사 26 + 대기 흡수 20 + 지표 반사 4 + 지표 흡수 50으로 나누어진다. 따라서 반사되는 양은 대기 반사 26 + 지표 반사 4이므로 지구의 알베도는 30이 되는 것이다.
8. 느낀 점
이번 실험을 하면서 궁금했던 색에 따른 태양 복사 에너지의 흡수량에 대해 알게 되어서 매우 기뻤다. 그리고 사람들이 여름에는 흰 색 계통의 옷을 입고 겨울에는 검은 색 계통의 옷을 많이 입는 이유를 알 수 있었다. 또한 계절별로 어떤 색의 옷을 입는 것이 좋은지도 알게 되었다. 이번 실험을 하면서 굉장히 힘들었다. 생각보다 실험이 어려웠기 때문이었다. 쉬울 것이라고 생각하고 시작했는데, 막상 실험을 시작하고 보니 6개의 온도계를 모두 똑같은 온도로 만드는 것이 어려웠다. 하나씩 흔들어서 온도를 맞추었지만 온도가 잘 올라가지 않았고, 결과가 정확하게 나오지도 않았기 때문이다. 하지만 이 탐구 활동은 뜻 깊은 실험을 할 수 있게 해 주었다. 궁금증을 풀 수 있고, 여러 가지 많은 지식도 부수적으로 습득할 수 있었기 때문이다. 정말로 기분이 좋아지는 탐구였던 것 같다.
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