你是否也曾想過,斑馬的顏色為什麼是黑白相間的條紋?為了作為保護色?還是為了能在炎熱的熱帶地區生存?深色容易吸熱、淺色不容易吸熱,那條紋色呢?今天的題目就是來探討條紋相間對溫度的影響。

 

【X博士摘要說明】

  1. 黑色易吸光,溫度上升快,白色易反光,溫度較不易升高,那不同組合的黑白條紋會是怎樣呢?
  2. 用黑、白以及黑白條紋交替組合,配合條紋粗細與方向,來做升溫與降溫的討論

 

第53屆物理科學科作品
題目:黑與白的邂逅探討黑條紋與白條紋升溫降溫的變化
作者:南投縣立大成國民中學同學

 

【摘要(原文)】

斑馬的黑白條紋被認為可能會降低溫度,由實驗發現,黑白條紋組的上升速度較黑組與白組慢,白組又比黑組慢,接著測量表面溫度,黑白條紋組外部的白條上升速度比黑條快,內部黑條比白條上升速度快。溫度上升時,大瓶升溫的速度較小瓶快;下降時,大瓶與小瓶的降溫速度無顯著差異。改變黑白條紋的方向、粗細,不會影響上升與下降的溫度變化。另外將白條紋換成銀色,升溫時,銀組速度最慢,銀黑組次之,黑白組最快,降溫時亦相同。最後,觀察煙的對流實驗發現黑白條紋組表面空氣具有對流的存在,並推測造成黑白條紋組升溫較緩慢有四種對流可能性。

 

【X博士步驟說明】

首先設定實驗環境。

熱源:作者們實驗後發現,以橫條石英加熱器模擬熱源最適當。

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經實驗後的最佳測量時間:15分鐘。

比較三組測溫瓶:黑白瓶、黑瓶與白瓶的升降溫速度,發現內外部都是黑白瓶升降溫最慢。

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再以黑白瓶細分為黑條紋與白條紋,以及內外部表面溫度升降的速度,驗證了黑白條紋升降速度不同,所以可以互補,也較能做到溫度調節的效果。

那體積大小對溫度升降的變化又是如何呢?
用兩個大小不同的測溫瓶,重複上述實驗後,發現大瓶升溫較小瓶快,降溫則無太大差異,全白瓶會降溫最快。

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試著改變黑白條紋方向、粗細,發現對溫度的影響並無明顯差異。

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最後再將白色條紋換成反射材質的銀色條紋,發現升溫比黑白組慢,降溫則無明顯差異。

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最後作者們以煙來測試黑白條紋是否存在對流,發現黑白條紋間有緩慢對流,因此對溫度調節真的具有作用。

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以下是評審評語(原文)

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【X博士評語】

大家常常都會講熱能會用輻射、對流、傳導這三種方式來傳播,黑色與白色直接反映了輻射傳遞熱能的快慢,但如果把對流考慮進去,就會有不同的結果。本作品發現黑白條紋組的上升溫度較黑組與白組慢,白組又比黑組慢,結論也提出黑白條紋組中具有熱對流的存在,並推測造成黑白條紋組升溫比較慢的4種對流可能性。這個實驗的設計非常有條有理,而且是從一個大家原本就已經很熟悉的現象「黑色吸熱快、白色吸熱慢」去做延伸。Idea不難,但夠做出這樣的實驗設計與變化則是非常具有創意。