Experiment si klade za cíl pomocí termovizní kamery demonstrovat rozdílnou propustnost různých plastů pro tepelné infračervené záření - konkrétně jde o folie vyrobené z polypropylenu (PP), polystyrenu (PS) a polyethylentereftalátu (PET). Mnohdy může být při tomto experimentu pro studenty nejpřínosnější zjištění, že materiály kolem nás různě reagují na průchod elektromagnetického záření různých vlnových délek, tj. předměty průhledné ve viditelném světle nemusí být průhledné v jiných spektrálních oborech a naopak.
Experimentální uspořádání a metodika
Pomůcky
- Termovizní kamera (např. FLIR i7)
- Mikrometrické měřítko
- Folie stejné tloušťky z různých plastových materiálů (PP, PS, PET)
- Sledovaný objekt se stálou teplotou vyšší, než je teplota pokojová (např. svítící žárovka)
Postup experimentu
- Pomocí mikrometrického měřítka vybereme takové plastové folie z různých materiálů, které mají stejnou tloušťku; v našem konkrétním experimentu to byla tloušťka 0,25 mm. Pokus ale dá uspokojivé výsledky i v případě, že se budou tloušťky folií drobně lišit (např. o 0,05 mm).
- Postupně mezi kameru a vybraný předmět umisťujeme jednotlivé folie a sledujeme, jak se mění kamerou snímaný obraz.
Vliv emisivity a výběr vzorků
Zásadním faktorem, který ovlivňuje všechna termografická měření, je emisivita snímaného povrchu, stručně řečeno jeho schopnost pohlcovat dopadající záření. Předměty s nízkou emisivitou podstatnou část dopadajícího záření odrážejí a tím zkreslují termografické měření, které primárně sleduje vlastní tepelné záření tělesa, nikoliv záření odražené. Při výběru vhodných vzorků pro experiment bychom se tedy měli vyhnout plastům s nízkou emisivitou; obvykle jsou to plasty na první pohled velmi lesklé. Ve vzorovém experimentu byly vybrány folie, jejichž tloušťka se velmi dobře shodovala.
Jako sledovaný předmět můžeme namísto konvice použít například svítící žárovku, ovšem s tím požadavkem, aby se její teplota během experimentu zásadně neměnila.
Výsledky a pozorování
Výše popsaný experiment například ukazuje, že ve viditelném oboru průhledný PET je pro tepelné infračervené záření téměř neprůhledný. Naopak, barevné obaly od papírových kapesníčků (z PE-LD) světlo téměř nepropouštějí, ale tepelné infračervené záření jimi pouze nepatrně zeslabeno prochází.
Propustnost plastů v blízkém infračerveném záření
Propustnost můžeme - s jinými výsledky - studovat také v infračerveném záření jiných vlnových délek - například v blízké infračervené oblasti se zabýváme vlnovými délkami okolo 1 µm (tj. o řád menšími než v případě tepelného záření typického pro předměty pokojové teploty). Námětem k takovému experimentu může být například článek Kamily Goldové Pokusy s infračerveným zářením představený v roce 2001 na Veletrhu nápadů učitelů fyziky v Olomouci.
Čtěte také: Využití lehčeného betonu s polystyrenem
Tento experiment využívá termografické měření. Dokument Experimentujeme s termovizní kamerou shrnuje teorii termografie a základní doporučení a postupy, které mohou napomoci k přesnějším a nezkresleným výsledkům měření.
Doplňující poznámky k tepelnému záření
Že září slunce, všichni vědí, zvlášť když nejsou vidět. Sluneční záření vnímáme hlavně očima, ale i záření, a některé záření vnímáme jako světlo. Ještě citlivější než ušní lalůčky bývá celý obličej, i jiné části těla. Teplota okolí ovlivňuje to, jak vnímáme záření. Pokud není místnost moc teplá, můžete použít teplejší předmět, např. sklenici s horkou vodou nebo svítící žárovku, kterou budete mít namísto konvice, ovšem s tím požadavkem, aby se její teplota během experimentu zásadně neměnila.
Měření odrazivosti
Způsobem, jak zjistit, které materiály odrážejí více a které méně, je měřit jejich odrazivost. Potřebujete k tomu jen vhodné zrcadlo. Tedy nejsnáze ,,alobal``. Kovová vrstva, ta, která je v kontaktu s prstem, je upravena. Obrazovka vůči světlu odráží více. V tomto případě se na čidlo dostává jen polovina záření. Ale lze dojít i k přesnějším údajům.
Polystyren (PS) dlouhovlnné infračervené záření pohlcuje, a to jak tlustší, tak i velmi tenké vrstvy. Tedy jeho přítomnost ucítíte. Naopak, pokud máte roletu s vrstvou nízké emisivity, z Lexanu (tj. polykarbonátu), bude vám u rolety tepleji než jinde u vnější zdi místnosti. Tyto materiály tak jde dost těžko srovnat s jinými.
Tepelná izolace a materiály
Izolují i cihly, třeba ty moderní se spoustou děr. Jejich izolační schopnosti jsou srovnatelné např. třeba alespoň se dřevem. Je-li tam nějaký lépe izolující plyn než vzduch, např. argon, tak ten vede teplo méně. Pak se teplo šíří hlavně zářením, a ne prostřednictvím plynu. Dobrou tepelnou izolaci lze získat přidáním vrstvy, která funguje jako zrcadlo, jako je např. čistě aluminiová žaluzie mezi oběma skly (téměř) není vidět.
Čtěte také: Vlastnosti cementového lepidla na polystyren
Moderní okna s hi-tech dvojitým zasklením izolují alespoň o třetinu lépe než ta, která asi máte ve škole. Napište, které studí více a které méně. Proč některé látky dobře izolují? Způsob, jak dosáhnout tepelné izolace, je zabránit toku záření. To je velmi složitá a dlouhá věc. Důležitý je také vzduch mezi vrstvami, tedy proudění zvané konvekce.
| Materiál | Propustnost pro viditelné světlo | Propustnost pro tepelné infračervené záření |
|---|---|---|
| Polypropylen (PP) | Průhledný/Průsvitný | Nízká |
| Polystyren (PS) | Průhledný | Velmi nízká (pohlcuje) |
| Polyethylentereftalát (PET) | Průhledný | Téměř neprůhledný |
| Polyethylen s nízkou hustotou (PE-LD) | Neprůhledný (barevné obaly) | Nepatrně zeslabená |
Čtěte také: Použití polystyrenu
tags: #polystyren #infračervené #záření #spektrum #vlastnosti