Жылыжай эффекті

Greenhouse Effect by PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder, licensed under CC-BY-4.0 (https://phet.colorado.edu)

Жоба атауы: Жылыжай эффекті

Бұл виртуалды зертхана химия сабақтарында келесі тақырыптар бойынша пайдалануға арналған:

• 11 сынып. XIV тарау. Жасыл химия.

Виртуалды зертханалық жұмыстың мақсаты:

• Жылыжай газдарының жер бетінің температурасына әсерін зерттеу.
• Жылыжай эффекті жаһандық жылынуға қалай әкелетінін бақылау.
• Климаттың өзгеруінің ықтимал әсерлері туралы хабардарлықты арттыру.

Практикалық бөлім

1. Симуляцияны іске қосыңыз. Сізге қолжетімді үш режим бар: «Waves», «Photons» және «Layer model». «Layer model» режимін таңдаңыз.«Start sunlight» түймесін басып, тәжірибені бастаңыз.

2. Сіз Жер бетін және қызыл және сары фотондардың үздіксіз ағынын көресіз. Сары фотонда — күн сәулесі, ал қызыл фотондар күн сәулесіне жауап ретінде жер бетінен шығатын инфрақызыл фотондар болып табылады. Сіз фотондардың санын көбейте аласыз, сонымен қатар олардың жылдамдығын бәсеңдете аласыз. 

3. Экранның сол жағында термометр орналасқан. Көрсеткіні басу арқылы температураның өлшем бірлігін: Цельсий (°C), Фаренгейт (°F) немесе Кельвинге(K) өзгерте аласыз. Сондай-ақ, термометрді экранда көрсетуге немесе алып тастауға болады. 

4. «Energy Balance» және «Flux Meter» бөлімдеріне құсбелгі қою арқылы экранда энергия тепе-теңдігінің индикаторы мен фотон ағынының өлшегішін көрсетіңіз. Көрсеткілердің түсі фотондардың түстеріне сәйкес келеді. Фотондар ағынын жер бетіне немесе атмосфераға жақын аймақта өлшеу үшін сызықты жоғарыдан төмен қарай жылжытуға болады.

1. Экранның оң жағында, «Sunlight» бөлімінде сіз келесі параметрлерді реттей аласыз:

• Күн радиациясының қарқындылығы( Solar intensity): жер бетіне түсетін күн сәулесінің күшін анықтайды.
• Жер бетінің шағылысу қабілеті (Surface albedo): жер бетінің күн сәулесімен қаншалықты шағылысатынын анықтайды. Альбедо неғұрлым жоғары болса, соғұрлым Жарық қарқынды шағылысады.

6. Infrared бөлімінде сіз атмосфераға инфрақызыл сәулелерді сіңіретін қабаттарды (Absorbing layers) қосып, олардың санын, сондай-ақ сіңіру қарқындылығын (Infrared absorbance) реттей аласыз.

Виртуалды тәжірибе

7. Reset түймесін басып, симуляцияны қайта іске қосыңыз. Жердің орташа альбедосын (0,3) орнатыңыз. Фотон ағыны өлшегішін (Flux meter) қосыңыз. 

8. Ағын өлшегішті Жер бетінен сәл жоғары орналастырыңыз. Start Sunlight (күн сәулесін іске қосу) түймесін басып, термометрдегі температура тұрақтанғанша симуляцияны бақылаңыз. Жер Күн сәулесінің фотондарын (сары) сіңіреді, содан кейін инфрақызыл (қызыл) фотондарды шығаратынын байқай аласыз.

9.   Фотон ағыны өлшегішін пайдаланып, төмендегі кестеге Жер атмосферасына кіретін(In) және шығатын(Out) күн радиациясының сандық мәндерін жазыңыз. Инфрақызыл сәулелену үшін де солай жасаңыз. Содан кейін жалпы кіріс(In) және шығыс(Out) сәулеленуді есептеңіз.

10. Бір сіңіру қабатын (Absorbing layer) қосып, ағын өлшегішін сіңіру қабатынан төмен орналастырыңыз. Термометрдегі температура тұрақтанғанша симуляцияны бақылаңыз және төмендегі кестеге алынған деректерді жазыңыз. 

• Күн сәулесінің фотондары сіңіру қабатымен қалай әрекеттеседі?
• Инфрақызыл фотондар сіңіру қабатымен қалай әрекеттеседі?

11. Тағы бір қабат қосып, алынған деректерді жазыңыз. Үшінші қабатты қосып, дкестені толтырыңыз.

Кесте 1.

Қабаттар саны #	Күн сәулесі In	Инфрақызыл сәулесі In	Жалпы In	Күн сәулесі Out	Инфрақызыл сәулесі Out	Жалпы Out	Жер беті t
0	4	0	4	1	3	4	-18°C
1
2
3

12. Сіңіру қабаттарын қосқанда Жер бетінің температурасы қалай өзгерді?   Неліктен бұлай болып жатқанын түсіндіріңіз.

Қорытынды

Симуляциямен жұмыс жасау барысында оқушылар инфрақызыл сәулеленуді (жылуды) сіңіру қабаттары жер бетіндегі температураның жоғарылауына әкелетінін көрді. Бұл “жылыжай газдары” атмосферадағы жылуды ұстап, жаһандық жылынуға әкелетін нақты “жылыжай  эффектісін” имитациялайды. Атмосферада “жылыжай газдары” неғұрлым көп болса, планетада соғұрлым жылы болады.

Терминдер сөздігі

• Energy — Энергия — Энергия
• Photons —  Фотоны — Жарық фотондары
• Sunlight — Солнечный свет — Күн сәулесі
• Infrared — Инфракрасный — Инфрақызыл
• Greenhouse gas concentration — Концентрация парниковых газов — Жылыжай газдарының концентрациясы
• Energy balance — Энергетический баланс — Энергиялық тепе-теңдік
• Flux meter — Измеритель потока — Ағым өлшеуіші
• Surface thermometer — Поверхностный термометр — Бетік термометр
• Solar intensity — Интенсивность солнечного излучения — Күн сәулесінің қарқындылығы
• Surface albedo — Альбедо поверхности — Жер бетінің альбедосы
• Absorbing layers — Поглощающие слои — Сіңіру қабаттары 
• Infrared absorbance — Поглощение инфракрасного излучения — Инфрақызыл сәулелердің жұтылуы