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어린이 과학 실험실
왜 하늘은 파랗습니까?. 어린이과학실
맑고 화창한 날에는 우리 위의 하늘이 파랗게 보입니다. 저녁에는 석양이 하늘을 빨강, 분홍, 주황으로 물들입니다. 하늘은 왜 파랗습니까? 일몰을 붉게 만드는 것은 무엇입니까? 이 질문에 답하려면 빛이 무엇이며 지구의 대기가 무엇으로 구성되어 있는지 알아야 합니다. 분위기 대기는 지구를 둘러싸고 있는 가스와 다른 입자의 혼합물입니다. 기본적으로 대기는 기체 질소(78%)와 산소(21%)로 구성되어 있습니다. 아르곤 가스와 물(증기, 물방울, 얼음 결정 형태)은 대기 중에 그 다음으로 풍부하며 농도는 각각 0,93%와 0,001%를 초과하지 않습니다. 지구의 대기에는 소량의 다른 가스뿐만 아니라 바다에서 대기로 유입되는 먼지, 그을음, 재, 꽃가루 및 염분의 가장 작은 입자도 포함되어 있습니다. 대기의 구성은 장소, 날씨 등에 따라 작은 범위 내에서 변합니다. 대기 중 물의 농도는 폭풍우가 치는 동안과 바다 근처에서 증가합니다. 화산은 엄청난 양의 화산재를 대기 중으로 뿌릴 수 있습니다. 기술 오염은 또한 일반적인 대기 구성에 다양한 가스 또는 먼지 및 그을음을 추가할 수 있습니다. 지표면 근처의 저고도에서 대기 밀도가 가장 높고 고도가 높아질수록 점차 감소합니다. 대기와 공간 사이에는 명확한 경계가 없습니다. 광파 빛은 파동에 의해 전달되는 에너지의 한 형태입니다. 빛 외에도 파동은 다른 유형의 에너지를 전달합니다. 예를 들어 음파는 공기 진동입니다. 광파는 전기장과 자기장의 진동이며, 이 범위를 전자기 스펙트럼이라고 합니다. 전자기파는 공기가 없는 공간을 299,792km/s의 속도로 전파합니다. 이 파동의 전파 속도를 빛의 속도라고 합니다.
방사선 에너지는 파장과 주파수에 따라 다릅니다. 파장은 파동의 가장 가까운 두 정점(또는 최저점) 사이의 거리입니다. 파동 주파수는 초당 파동 진동의 수입니다. 파동이 길수록 주파수가 낮아지고 운반하는 에너지가 적습니다. 가시광선 색상 가시광선은 우리 눈이 볼 수 있는 전자기 스펙트럼의 일부입니다. 태양이나 백열등에서 방출되는 빛은 흰색으로 보일 수 있지만 실제로는 다양한 색상의 혼합입니다. 프리즘을 사용하여 구성 요소로 분해하여 빛의 가시 스펙트럼의 다양한 색상을 볼 수 있습니다. 이 스펙트럼은 하나의 거대한 프리즘 역할을 하는 물방울에서 태양 빛의 굴절로 인해 발생하는 무지개 형태로 하늘에서도 관찰할 수 있습니다.
스펙트럼의 색상이 혼합되어 지속적으로 서로 이동합니다. 스펙트럼의 한쪽 끝은 빨간색 또는 주황색입니다. 이 색상은 노란색, 녹색, 파란색, 남색 및 보라색으로 흐려집니다. 색상은 파장, 주파수 및 에너지가 다릅니다. 공기 중 빛의 전파 빛은 경로에 장애물이 없는 한 공간을 직선으로 이동합니다. 광파가 대기에 진입하면 빛은 먼지나 가스 분자가 방해가 될 때까지 직선으로 계속 전파됩니다. 이 경우 빛에 일어나는 일은 파장과 경로에 있는 입자의 크기에 따라 달라집니다. 먼지 입자와 물방울은 가시광선의 파장보다 훨씬 큽니다. 빛은 이러한 큰 입자와 충돌할 때 다른 방향으로 반사됩니다. 가시 광선의 다른 색상은 이러한 입자에 의해 동일하게 반사됩니다. 반사광은 반사되기 전과 동일한 색상을 여전히 포함하고 있기 때문에 흰색으로 나타납니다. 가스 분자는 가시광선의 파장보다 작습니다. 광파가 그들과 충돌하면 충돌 결과가 다를 수 있습니다. 빛이 기체 분자와 충돌하면 그 중 일부가 흡수됩니다. 조금 후에 분자는 다양한 방향으로 빛을 방출하기 시작합니다. 방출된 빛의 색상은 흡수된 색상과 동일합니다. 그러나 다른 파장의 색상은 다르게 흡수됩니다. 모든 색상이 흡수될 수 있지만 높은 주파수(파란색)는 낮은 주파수(빨간색)보다 훨씬 더 많이 흡수됩니다. 이 과정은 1870년대에 이 산란 현상을 발견한 영국의 물리학자 John Rayleigh의 이름을 따서 Rayleigh 산란이라고 합니다. 하늘은 왜 파랗습니까? 하늘은 레일리 산란으로 인해 파랗습니다. 빛이 대기를 통과할 때 대부분의 광학 스펙트럼의 긴 파장은 변경되지 않고 통과합니다. 빨간색, 주황색 및 노란색 색상 중 극히 일부만이 공기와 상호 작용합니다. 그러나 많은 짧은 파장의 빛이 가스 분자에 의해 흡수됩니다. 흡수 후 파란색이 모든 방향으로 방출됩니다. 그것은 하늘 전체에 흩어져 있습니다. 어느 방향에서 보든 이 산란된 청색광 중 일부는 관찰자에게 도달합니다. 파란 빛은 머리 위 모든 곳에서 볼 수 있기 때문에 하늘이 파랗게 보입니다.
수평선을 바라보면 하늘의 색조가 더 옅어집니다. 이것은 빛이 대기 중에서 관찰자에게 더 먼 거리를 이동한다는 사실의 결과입니다. 산란된 빛은 대기에 의해 다시 산란되고 관측자의 눈에 도달하는 파란색이 줄어듭니다. 따라서 수평선 근처의 하늘색은 더 옅게 보이거나 심지어 완전히 하얗게 보입니다.
검은 하늘과 하얀 태양 지구에서 태양은 노란색으로 보입니다. 우리가 우주나 달에 있다면 태양은 우리에게 하얗게 보일 것입니다. 우주에는 햇빛을 산란시키는 대기가 없습니다. 지구에서는 햇빛의 짧은 파장(파란색과 보라색) 중 일부가 산란에 의해 흡수됩니다. 나머지 스펙트럼은 노란색으로 보입니다. 또한 우주에서 하늘은 파란색이 아닌 어둡거나 검은색으로 보입니다. 이것은 대기가 없기 때문에 빛이 산란되지 않습니다.
노을은 왜 붉을까? 해가 지면 햇빛은 관찰자에게 도달하기 위해 대기에서 더 먼 거리를 이동해야 하므로 더 많은 햇빛이 대기에 의해 반사되고 산란됩니다. 더 적은 직사광선이 관찰자에게 도달하기 때문에 태양은 덜 밝게 보입니다. 태양의 색도 주황색에서 빨간색에 이르기까지 다양하게 나타납니다. 이는 파란색과 녹색과 같은 단파장 색상이 더 많이 산란되기 때문입니다. 관찰자의 눈에 도달하는 광학 스펙트럼의 장파장 성분만 남습니다.
석양 주변의 하늘은 다른 색으로 칠할 수 있습니다. 하늘은 공기 중에 작은 먼지나 물 입자가 많이 포함되어 있을 때 가장 아름답습니다. 이 입자는 빛을 모든 방향으로 반사합니다. 이 경우 더 짧은 광파가 산란됩니다. 관찰자는 더 긴 파장의 광선을 보기 때문에 하늘은 빨간색, 분홍색 또는 주황색으로 보입니다. 분위기에 대해 더 알아보기 분위기란? 대기는 얇고 대부분 투명한 껍질 형태로 지구를 둘러싸고 있는 가스와 기타 물질의 혼합물입니다. 대기는 지구의 중력에 의해 제자리에 고정됩니다. 대기의 주성분은 질소(78,09%), 산소(20,95%), 아르곤(0,93%), 이산화탄소(0.03%)이다. 대기에는 소량의 물(각기 다른 장소에서 농도 범위는 0%에서 4%까지), 고체 입자, 가스 네온, 헬륨, 메탄, 수소, 크립톤, 오존 및 크세논이 포함되어 있습니다. 대기를 연구하는 과학을 기상학이라고 합니다. 우리가 숨쉬는 데 필요한 산소를 공급하는 대기가 없다면 지구상의 생명체는 불가능할 것입니다. 또한 대기는 또 다른 중요한 기능을 수행합니다. 즉, 행성 전체의 온도를 균등화합니다. 대기가 없다면 지구상의 어떤 곳에서는 지글 지글 열이 날 수 있고 다른 곳에서는 극도로 추울 것입니다. 온도 범위는 밤에는 -170 ° C에서 낮에는 + 120 ° C까지 다양합니다. 대기는 또한 태양과 우주의 유해한 복사선을 흡수하고 산란시키는 것으로부터 우리를 보호합니다. 지구에 도달하는 태양 에너지의 총량 중 약 30%는 구름과 지구 표면에 반사되어 다시 우주로 돌아갑니다. 대기는 태양 복사의 약 19%를 흡수하고 지구 표면은 51%만 흡수합니다. 공기에는 무게가 있지만 우리는 그것을 깨닫지 못하고 공기 기둥의 압력을 느끼지 않습니다. 해수면에서 이 압력은 760기압 또는 1013mmHg(101,3밀리바 또는 10kPa)입니다. 고도가 높아짐에 따라 대기압은 급격히 감소합니다. 압력은 고도 16km마다 1배씩 떨어집니다. 이것은 해발 16기압, 고도 0,1km에서 압력은 32atm, 고도 0,01km-XNUMXatm에서 압력이 XNUMXatm임을 의미합니다. 가장 낮은 층의 대기 밀도는 1,2kg/m3입니다. 각 입방 센티미터의 공기에는 약 2,7 * 1019개의 분자가 포함되어 있습니다. 지상에서 각 분자는 약 1600km/h의 속도로 이동하면서 다른 분자와 초당 5억회의 속도로 충돌합니다. 공기 밀도도 고도에 따라 급격히 떨어집니다. 3km 높이에서 공기 밀도는 30% 감소합니다. 해수면 근처에 사는 사람들은 이 고도까지 올라가면 일시적인 호흡 문제를 경험합니다. 사람들이 영구적으로 사는 가장 높은 고도는 4km입니다. 대기의 구조 대기는 서로 다른 층으로 구성되어 있으며 이러한 층으로의 구분은 온도, 분자 구성 및 전기적 특성에 따라 발생합니다. 이 레이어에는 뚜렷한 경계가 없으며 계절에 따라 변경되며 매개 변수는 위도에 따라 변경됩니다.
분자 구성에 따라 대기를 층으로 분리
이종권
전기적 특성에 따라 대기를 여러 층으로 분리 중립적인 분위기
전리층
자기권 전리층의 상부로 약 70000km까지 뻗어 있으며 이 높이는 태양풍의 강도에 따라 달라집니다. 자기권은 태양풍의 고에너지 하전 입자를 지구 자기장에 유지함으로써 우리를 보호합니다. 온도에 따라 대기를 여러 층으로 분리 대류권 상한의 높이는 계절과 위도에 따라 다릅니다. 지표면에서 적도에서 약 16km 높이, 북극과 남극에서 9km 높이까지 뻗어 있습니다. 접두사 "tropo"는 변경을 의미합니다. 대류권 매개 변수의 변화는 예를 들어 대기 전선의 움직임으로 인해 기상 조건으로 인해 발생합니다. 고도가 높아지면 기온이 떨어집니다. 따뜻한 공기는 위로 올라갔다가 차가워지고 다시 지구로 내려옵니다. 이 과정을 대류라고하며 기단의 움직임의 결과로 발생합니다. 이 층의 바람은 주로 수직으로 분다. 이 층은 다른 모든 층을 합친 것보다 더 많은 분자를 포함합니다. 천장 - 약 11km 높이에서 50km까지 확장됩니다.
중간권 - 고도 약 100km까지 확장됩니다.
외기권 - Thermosphere 너머 수백 킬로미터에 걸쳐 확장되어 점차 우주 공간으로 이동합니다.
빛을 이용한 실험 첫 번째 실험 - 빛을 스펙트럼으로 분해 이 실험에는 다음이 필요합니다.
실험을 수행하는 방법:
현재 상황: 물과 거울은 프리즘처럼 작용하여 빛을 색상 스펙트럼으로 나눕니다. 이것은 한 매질(공기)에서 다른 매질(물)로 통과하는 광선이 속도와 방향을 바꾸기 때문에 발생합니다. 이 현상을 굴절이라고 합니다. 다른 색상은 다르게 굴절되며 보라색 광선은 더 강하게 감속되고 방향이 더 강하게 변경됩니다. 적색 광선은 속도가 느려지고 방향이 덜 변경됩니다. 빛은 구성 요소 색상으로 분할되고 스펙트럼을 볼 수 있습니다. 유리병에 하늘 모델링 실험에 필요한 재료:
실험 수행:
이 실험에서 일어나는 일은 공기 중의 입자와 분자가 햇빛을 산란시키는 것과 같은 방식으로 물에 떠 있는 작은 우유 입자가 손전등에서 나오는 빛을 산란시키는 것입니다. 유리가 위에서 조명을 받으면 파란색이 모든 방향으로 흩어지기 때문에 물이 파란색으로 보입니다. 물을 통해 빛을 직접 보면 빛의 산란으로 인해 파란색 광선이 일부 제거되어 손전등이 빨간색으로 보입니다. 색상 혼합 당신이 필요합니다 :
실험을 수행하는 방법:
보이는 현상에 대한 설명: 디스크의 섹터를 칠하는 색상은 백색광 색상의 주요 구성 요소입니다. 디스크가 충분히 빠르게 회전하면 색상이 혼합되어 디스크가 흰색으로 보입니다. 다른 색상 조합을 실험해 보십시오. 간행물: the-mostly.ru
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