Albedo e irradiazione delle superfici

Le superfici riflettono più o meno luce in base al loro colore e alla loro struttura. Questo significa che intrappolano l'energia della luce (assorbimento), o la rinviano (riflesso). Questo vale su larga scala per la Terra, e su piccola scala per le superfici. La neve bianca e il ghiaccio riflettono la maggior parte della luce e non trattengono energia. Gli oceani, le foreste e i terreni scuri assorbono molta più energia, diventando così più caldi. Possiamo verificare il tutto con un esperimento.
  

Materiale

Sono necessari:

1 foglio di carta bianca
1 cronometro
1 faretto o lampada con luce direzionale
1 termometro (analogico, digitale o a sensori)
nastro adesivo
colori e pennello (per esempio acquarelli)
matita o penna 
carta millimetrica o Excel per la tabulazione e il grafico
 

Preparazione

Piegare un foglio di carta bianca a metà e di nuovo a metà, in modo che diventi un quarto della sua dimensione originale, ma in quattro strati. Incollare il lato più lungo con nastro adesivo o colla. Sul lato corto si otterrà una specie di borsa di carta.

Adesso abbiamo bisogno di una superficie bianca e di una nera. La carta è già bianca. Perciò, dipingiamo un lato della carta di nero. Si possono utilizzare gli acquarelli così come qualsiasi altro tipo di colore ad acqua ma non una vernice. 
 

Esperimento
 

Adesso si può preparare l'occorrente per l'irradiazione. Contrassegnare su un foglio steso sul tavolo l'area in cui collocare la borsa di carta. Il faretto deve puntare più o meno in mezzo a quest'area da una distanza di 15-25 cm. Poiché le misurazioni che si effettueranno di seguito dovrebbero essere comparabili tra loro, non si deve cambiare la posizione del faretto. Inoltre il foglio dipinto deve essere steso una volta con la parte bianca in alto e una volta con quella nera, ma sempre nella stessa posizione.  

Alcune lampade non raggiungono la loro massima potenza subito dopo l'accensione. Perciò è meglio aspettare da due a quattro minuti e poi posizionare la borsa di carta con dentro il termometro sotto il faretto. Spostare il termometro direttamente sotto lo strato che è irradiato. Assicurarsi anche che la posizione del termometro o del sensore termico sia la stessa in tutti gli esperimenti, in modo che i risultati siano paragonabili. Nell’ esperimento mostrato è stato posizionato con la tacca dei 20°C in corrispondenza del bordo. In questo modo sono esclusi i valori più alti.
  

Annotare la temperatura iniziale. Avviare il cronometro nel momento in cui la carta e il termometro vengono posizionati sotto la lampada. Annotare la temperatura ogni minuto. Se si ha un termometro standard con una scala di 1°C, potrebbe essere necessario fare una stima approssimativa delle prime posizioni decimali. Leggere il termometro sempre dalla stessa angolazione, poiché da un’altra angolazione si potrebbe leggere un valore leggermente diverso.
  

Dopo circa 10 minuti la serie di letture con il foglio bianco è conclusa. Rimuovere il termometro e aspettare un po’ di tempo per farlo raffreddare di nuovo, in modo da avere lo stesso valore di partenza per la serie successiva. Ci potrebbero volere circa 10 minti. Un po’ di aria fresca (per esempio vicino ad una finestra aperta) potrebbe aiutare ad accelerare il raffreddamento. Nel frattempo non lasciare la borsa di carta sotto la lampada.
  

Adesso girare la borsa di carta, in modo che il lato nero sia in alto. Posizionare il termometro sotto la carta nella stessa posizione della prima serie, ma direttamente sotto lo strato dipinto di nero. Effettuare di nuovo le stesse misurazioni. Si vede qualche differenza?  

Per essere certi che la lampada o il termometro non fossero più caldi all’inizio della seconda serie, abbiamo ripetuto di nuovo l’esperimento. Questa volta è stato utilizzato il termometro digitale di una stazione meteorologica radio. In questa fase è stato irradiato prima il lato nero e dopo il lato bianco. Il termometro, avendo una massa maggiore, ha reagito un po’ più lentamente. Inoltre i cambiamenti di temperatura sono stati registrati automaticamente nei diversi intervalli di tempo. Ciò nonostante, è stato possibile riprodurre i risultati. Questa volta tuttavia, il tempo di misurazione è stato di 16 minuti in quanto doveva essere scaldato l’intero corpo del termometro. 

Analisi
 
Per la tabulazione e i grafici si può utilizzare una semplice carta da grafici o carta millimetrata. Disegna un sistema di assi cartesiani con il tempo nell’asse delle X (1 cm = 1 min) e la temperatura nell’asse delle Y (1 cm = 1°C). In alternativa si possono fare i calcoli e i grafici con un programma tipo Excel. Mostriamo di seguito i risultati delle nostre misurazioni.

Esperimento aggiuntivo

E' il colore scuro che determina l’assorbimento di energia. Se pensi che possa essere stato rilevante il fatto che sia stato utilizzato l’acquarello su un lato e non sull’altro, così da ottenere un tipo di superficie diverso, potresti effettuare un’altra misurazione. Anche le aree desertiche hanno una albedo elevata. Dallo spazio appaiono gialle. 

Dipingere di giallo il lato bianco della borsa di carta e confrontare nuovamente col lato nero.  

Qui mostriamo i risultati di una misurazione di questo tipo. Tuttavia, poiché la misurazione è stata realizzata in un altro giorno, la posizione della lampada è cambiata e i risultati non possono essere paragonati direttamente con le quattro serie precedenti. 

Dati degli esperimenti e foto in questa pagina: Elmar Uherek