Черные поверхности поглощают больше солнечного света и преобразуют эту световую энергию в тепловую энергию более эффективно, чем более светлые цвета. Это приводит к тому, что черные объекты, такие как тротуар или салон автомобиля, нагреваются быстрее и достигают более высоких температур, чем белые или светлые поверхности, подвергающиеся воздействию того же солнечного света. Есть несколько основных причин, по которым темные цвета поглощают и сохраняют больше тепла от солнечного света, чем светлые цвета.
Основная причина, по которой черный цвет кажется горячее белого, заключается в том, что черный поглощает больше световой энергии. Согласно законам физики, темные цвета поглощают больше видимых световых фотонов, чем светлые цвета. Когда эти фотоны попадают на объект, их энергия преобразуется в тепло с помощью процесса, называемого внутренним преобразованием. Чем больше света поглощается, тем больше тепла выделяется.
Черный цвет поглощает весь видимый световой спектр, потому что у него очень низкое альбедо, то есть он отражает очень мало света. Белые объекты имеют высокое альбедо, поэтому большая часть видимого света отражается, а не поглощается. Этот отраженный свет не преобразуется в тепло, что позволяет белым объектам оставаться более прохладными на солнце.
Другим фактором является излучение излучения. Все объекты испускают электромагнитное излучение, связанное с их температурой. Чем горячее объект, тем больше инфракрасного излучения он испускает. Светлые цвета остаются более холодными на солнце, поэтому они испускают меньше теплового излучения. Черный становится намного горячее и испускает значительно больше инфракрасного излучения.
Это излучение инфракрасных лучей является причиной того, что черный асфальт кажется горячим ночью после захода солнца. Асфальт поглощал солнечную энергию весь день и продолжал излучать эту энергию в виде излучения еще долгое время после захода солнца. Светлые цвета не становятся такими горячими, поэтому они испускают меньше теплового излучения.
Передача тепла также играет свою роль. Проводимость — это передача тепла между объектами, находящимися в непосредственном контакте друг с другом. Черный поглощает больше энергии, поэтому передает больше тепла всему, что его касается. Это делает черные объекты более горячими.
Конвекция — это передача тепла путем перемещения жидкостей, таких как воздух или вода. Поскольку черный цвет поглощает больше энергии, он нагревает окружающий воздух сильнее, чем белый. Этот горячий воздух поднимается от поверхности, перенося тепловую энергию. Этот процесс слегка охлаждает черную поверхность, но делает воздух непосредственно над ней более горячим.
Вот несколько примеров, которые иллюстрируют, как черный цвет поглощает и удерживает больше тепла, чем белый:
В каждом случае черный цвет поглощает и удерживает значительно больше тепловой энергии от солнечного света по сравнению с белым объекты.
Чтобы полностью понять, почему черный цвет кажется более горячим, полезно рассмотреть некоторые ключевые свойства солнечного света и поглощения света:
Итак, вкратце, черный кажется темным, потому что он поглощает большую часть видимой световой энергии, попадающей на его поверхность. Эта поглощенная энергия преобразуется в тепло. Белый цвет остается более холодным, поскольку отражает большую часть света.
Физика теплопередачи также помогает объяснить, почему черный цвет кажется более горячим:
Понимание этих режимов теплопередачи показывает, что черный цвет как поглощает, так и излучает больше тепловой энергии по сравнению с более светлыми цветами.
Несколько других факторов играют роль в тепловыделении и температуре поверхности:
Но влияние цвета перевешивает другие факторы. Например, шероховатый черный тротуар все равно нагревается сильнее, чем гладкий белый тротуар, поскольку он поглощает гораздо больше света.
Ученые используют такие приборы, как инфракрасные термометры и тепловизионные камеры, для количественной оценки температуры поверхности разных цветов:
| Цвет поверхности | Температура (°F) |
|---|---|
| Черный асфальт | 130 |
| Красный кирпич | 110 |
| Белый бетон | 85 |
Эти данные показывают, что черные поверхности, такие как асфальт, могут нагреваться почти на 50°F сильнее, чем белые поверхности при том же солнечном свете.
Цвет одежды и ткань играют большую роль в накоплении тепла:
В жаркую солнечную погоду выбор белой или светлой одежды вместо черной может помочь предотвратить перегрев и дискомфорт. Цвет отражает больше солнечного света, а также позволяет инфракрасному излучению от кожи проходить сквозь него, а не поглощаться.
Для зданий, дорог и инфраструктуры цвет поверхности влияет на затраты на электроэнергию и долговечность:
Искусственные белые поверхности были созданы с использованием легкого заполнителя и отражающих покрытий для уменьшения городских островов тепла и повреждения инфраструктуры.
Черный цвет кажется более горячим, чем белый, потому что он поглощает больше солнечного света из-за более низкого альбедо. Световая энергия преобразуется в тепло посредством внутреннего преобразования. Черные поверхности нагреваются быстрее, достигают более высоких температур и излучают больше инфракрасной энергии, чем более светлые цвета. Передача тепла посредством проводимости и конвекции также заставляет черные объекты казаться более горячими. Понимание взаимодействия между светом, материей и передачей тепла объясняет, почему темные цвета, такие как черный, кажутся намного горячее, чем белые или светлые цвета, при воздействии солнечного света.