[科展解析]黑色吸熱快、白色吸熱慢，那黑白條紋呢？

       

 

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。

       

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。

 

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。

 

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。

 

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。

 

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。

 

 

以下是評審評語(原文)

 

【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。