Презентация "Тепловые явления в природе: солнечно-земные связи" по физике – проект, доклад

Тепловые явления в природе: солнечно-земные связи

Презентацию подготовил ученик 8 класса «А» МОУ Аннинский лицей Никулин Иван 2008

Солнце

Солнце — это самая близкая к нам звезда. Благодаря ему на Земле есть жизнь. Оно даёт нам свет и тепло. Солнце в 109 раз больше нашей планеты, его диаметр составляет 1 392 000 км. Масса нашего дневного светила равна почти 2·1030 кг. У Солнца нет твёрдой поверхности, оно представляет собой раскалённый газовый шар. Состоит этот шар в основном из водорода и гелия. Температура на его поверхности около 6 000 °C, в центре (в ядре) — 15 000 000 °C. При такой температуре происходят химические реакции (их называют термоядерными), в которых водород превращается в гелий, при этом выделяется огромное количество энергии. Можно сказать, что водород — это топливо, горение которого и даёт энергию, которая позволяет Солнцу светить и излучать тепло.

Изображение Солнца, полученное 14 сентября 1997 года с борта беспилотной космической обсерватории SOHO (США).

Почему во многих регионах нашей планеты на смену теплому лету приходит сначала прохладная осень, а затем морозная зима? Почему в разное время года солнце греет по-разному: в жаркий летний полдень от палящих солнечных лучей хочется укрыться в тени, а во время зимних морозов даже в погожий денёк можно замерзнуть? Это объясняется тем, что орбита вращения Земли вокруг Солнца представляет собой эллипс. Земная ось наклонена к плоскости орбиты под углом 66°33’’. То есть получается, что одну половину года солнечные лучи падают более отвесно и сильнее нагревают Северное полушарие, а другую половину года — Южное. Соответственно, в том полушарии, которое больше нагревается и освещается Солнцем, наступает лето. Когда в Южном полушарии летняя пора, в Северном катаются на лыжах.

Из-за кривизны земной поверхности энергия равных потоков А и В распределяется на большие площади, в то время как энергия потока Б концентрируется на меньшей, поэтому на территории Б, будет теплее, чем на А и В. На рисунке изображено положение Земли 21 июня, когда лучи Солнца на Северном тропике падают отвесно.

Зима

Природа средней полосы приспособилась к морозной зиме. Деревья сбрасывают листву и в состоянии покоя пережидают долгие холода.

Весна

Весной начинает припекать солнце, и природа просыпается после зимнего сна. Оживают деревья и кустарники, выпуская из почек новую листву. Ее ярко-зеленый цвет — символ пробуждения природы, символ весны.

Летом листва деревьев становится густой. Она обеспечит надежную тень в жаркий полдень.

Лето

Осень

Осенью листва деревьев желтеет, а затем опадает. Так дерево готовится к зимним холодам.

Времена года: занимательные факты

Более половины населения земного шара никогда не видело снега, разве только на фотографиях. Весна движется со скоростью примерно 50 километров в сутки. Это определено по наблюдениям за соцветием отдельных растений.

Районы полюсов Земли Солнце никогда не освещает достаточно сильно, его лучи как бы соскальзывают с поверхности земного шара, поэтому здесь практически нет различий между временами года и царит вечная зима. На экваторе времена года тоже не слишком отличаются друг от друга — только в этих районах постоянно жарко, и часто идут дожди. Это вызвано тем, что на экваторе солнечные лучи падают на Землю круглый год почти отвесно.

Солнечно-земные связи

Земля является третьей планетой Солнечной системы, находящейся на расстоянии около 150 млн. км от Солнца, Земля получает примерно одну двухмиллиардную часть излучаемой им энергии. Жизнь на Земле была бы невозможна без жидкой воды и атмосферы. Атмосфера защищает Землю от вредного излучения Солнца, пропуская тепло и свет. Благодаря этому на Земле не бывает слишком жарко или холодно. Процессы испарения и конденсации воды играют не менее важную роль в процессах глобального теплообмена.

Вид Солнца с Земли

Атмосфера Земли

Атмосфера Земли - массивная воздушная оболочка, вращающаяся вместе с ней и состоящая в основном из азота и кислорода. В нижних 20 км содержится водяной пар (у земной поверхности — от 3% в тропиках до 2·10-5 % в Антарктиде), количество которого с высотой быстро убывает. Неравномерность её нагревания способствует общей циркуляции атмосферы, которая влияет на погоду и климат Земли. В атмосфере осуществляются влагооборот и фазовые превращения воды, происходит движение воздушных масс.

Так выглядит земная атмосфера из космоса. Она защищает нас от космического холода и многих видов солнечного излучения, пропуская лишь то, которое нам полезно: тепло и свет. Состоит атмосфера из различных газов, но больше всего в ней азота и кислорода, заметно меньше углекислого газа. Такие условия на Земле обеспечивают существование живых организмов.

Нагревание атмосферы сверху

Водяной пар и углекислый газ, присутствующие в атмосфере, пропускают видимое излучение Солнца, но поглощают инфракрасное (тепловое), поэтому атмосфера нагревается сверху. Тепловая энергия накапливается главным образом в нижних слоях атмосферы. Подобный эффект возникает в теплице, когда стекло пропускает свет внутрь и почва нагревается. Нагрев нижних слоёв атмосферы за счет присутствия водяного пара и углекислого газа часто называют парниковым эффектом. Установлено, что природный парниковый эффект обеспечивает в настоящее время поддержание средней температуры на поверхности Земли на 33° C выше той, которая наблюдалась бы в отсутствие атмосферного покрова.

Нагревание атмосферы снизу

Вода, находящаяся на поверхности Земли, поглощает солнечную энергию и испаряется, превращаясь в газ – водяной пар, который, поднимаясь вверх за счёт конвекции, выносит огромное количество энергии в нижние слои атмосферы. При конденсации водяного пара и образовании при этом облаков или тумана эта энергия освобождается в виде тепла. Около половины солнечной энергии, достигающей земной поверхности, расходуется на испарение воды и так же поступает в нижние слои атмосферы. Существенную роль в сохранении тепла в нижних слоях атмосферы играет облачность: если облака рассеиваются температура неизбежно понижается по мере того, как поверхность Земли беспрепятственно излучает тепловую энергию в окружающее пространство.

Тепловые явления в природе

Так как температура земной поверхности обычно не равна температуре воздуха над ней, то между поверхностью Земли и атмосферой возникает теплообмен, так же как между земной поверхностью и более глубокими слоями литосферы или гидросферы. Мощным накопителем тепла и регулятором теплового режима Земли является Мировой океан. Если бы океана не было, средняя температура поверхности Земли составила бы -21 °С, то есть была бы на 36° ниже той, которая имеется в действительности. В результате энергообмена между Солнцем, Землёй и атмосферой в гигантских масштабах происходят не только процессы передачи энергии от более нагретых тел к менее нагретым, но и фазовые превращения: испарение и конденсация, плавление и кристаллизация, сублимация.

Математическое описание тепловых процессов

Нагревание и охлаждение

Плавление и кристаллизация

Парообразование и конденсация

Тепловой баланс Земли

В результате сложного энергетического обмена между земной поверхностью, атмосферой и межпланетным пространством каждый из этих компонентов получает в среднем столько же энергии от двух других, сколько теряет сам. Следовательно, ни земная поверхность, ни атмосфера не испытывают ни приращения, ни убывания энергии: здесь работает закон сохранения энергии.

За последние сто лет температура воздуха на планете выросла примерно на полградуса, что большинство ученых связывают с «парниковым эффектом» техногенного происхождения. Однако наблюдались и значительные колебания климата, в частности потепление в 1940-х и похолодание в 1960-х годах. Очень сложно предсказать, каким будет климат в ближайшие десятилетия, т. к. общее повышение температуры на Земле определяется множеством взаимосвязанных факторов.

Земля – наш общий дом

Природа в цифрах

Самое жаркое место в мире – Долина Смерти в штате Калифорния США. Температура выше 49 °С держалась здесь 43 дня подряд. А самые холодные места в мире — это вовсе не географические полюсы, а так называемые полюсы холода. Это Оймякон в Якутии и район в Антарктиде близ научной станции «Восток». Там мороз доходит до -89 °С. А средняя температура самого холодного месяца января составляет около -50 °С.

Использованные информационные ресурсы

Детская энциклопедия Кирилла и Мефодия 2006 (2CD) Большая энциклопедия 2008 (3CD) Иллюстрированный энциклопедический словарь на CD и др.