Di Alfonso D’Ambrosio
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alfonsodambrosio@yahoo.it
“La Scuola non deve essere né triste né divertente ma solo interessante”
Alessandro D’Avenia
In questa attività vedremo come utilizzando uno smartphone e del materiale di tipo povero, possiamo ottenere misure quantitative sulla riflettività degli oggetti (Albedo), giungendo ad un modello fisico del riscaldamento globale che tenga conto della superficie del pianeta Terra, quindi degli oceani, delle foreste, del ghiaccio polare, dei deserti, delle nubi.
Durante l’attività si privilegeranno metodologie quali l’imparare facendo, il project based learning, l’Inquiry based, Cosa serve? Smartphone, Sole e lampade, Fogli colorati, Acqua, terra, ghiaccio, erba….e nuvole!!
Non mancheranno spunti pratici riguardanti soluzioni tecnologie al problema del riscaldamento del nostro pianeta.
OCCORRENTE
Smartphone ed App ALbedo e luxmeter
Carta grigia per fotografia (io ho utilizzato questa https://www.amazon.it/Kaavie-GC-1-Carta-grigia-formato/dp/B007XZIO9E/ref=sr_1_1?ie=UTF8&qid=1492604331&sr=8-1&keywords=carta+grigia)
Terra, ghiaccio, erba, sabbia, acqua….fogli colorati….e nuvole!!!!
INTRODUZIONE
Quando la radiazione solare raggiunge la Terra, una parte dell’energia viene assorbita dalla superficie terrestre, mentre l’altra viene riflessa indietro nello spazio.
L’Albedo (A) è la percentuale di luce solare che viene riflessa da una certa superficie
A=(radiazione totale riflessa/ radiazione incidente)*100.
Un Albedo del 100% significa che tutta la radiazione incidente viene completamente riflessa.
L’Albedo dipende dal tipo di superficie irradiata e dal suo colore. Ad esempio la neve ha un elevato albedo, l’asfalto ha un albedo basso, così come tutte le superfici scure.
SCHEDA 1
Albedo di alcune superfici.
Utilizziamo l’APP Albedo (https://play.google.com/store/apps/details?id=com.h2optics.albedo&hl=it) . L’App è molto semplice da utilizzare, ma richiede l’acquisto di una carta grigia. Questa è una carta utilizzata in fotografia, il cui albedo è noto: 18%. L’App fornisce l’Albedo di una superficie fotografando prima lo stesso punto con sopra la carta grigia e poi senza di essa, restituendo l’albedo in RGB (Rosso, Verde e Blu).
In questa prima attività misureremo l’albedo di comuni superfici quali legno, asfalto, mura di una csa, specchio, erba etc., stando attenti a non modificare le condizioni di luce durante l’acquisizione con e senza carta grigia.
| Materiale | A(%) | A(%) in R | A(%) in G | A(%) in B |
| Legno | ||||
| Acqua | ||||
| … | ||||
| … | ||||
| … |
ALCUNI RISULTATI OTTENUTI SU SUPERFICI MONOCROMATICHE E MISTE
SCHEDA 2
Albedo e colori
Prendi un foglio A4 colorali con dei pennarelli e/o dei fogli trasparenti colorati.
Studia l’albedo delle superfici (a parità di materiale) variando il colore.
| colore | Albedo% R | Albedo% G | Albedo% B |
A che risultati puoi giungere?
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Dividi gli studenti in gruppi: ogni studente ha un ruolo (uno studente mantiene lo smartphone e prende le misre, uno studente completa la tabella, uno studente è l’amico critico…)
Per questo esperimento possiamo utilizzare l’App Physics toolbox Sensor Suite Luxmeter e ottenere la misura dell’albedo direttamente, in alternativa una misura più precisa può essere ottenuta con l’App Albedo vista precedentemente, anche in questo caso però occorre utilizzare una carta grigia
https://www.vieyrasoftware.net/
Scheda 3
| Campione | Luce incidente (Lux) | Luce riflessa (Lux) | Albedo % | Raggruppo per albedo più alto al più basso (numero 1 a …) |
| Carta bianca (neve, ghiaccio) | ||||
| Carta blu (oceano) | ||||
| Carta blu con pezzi bianchi (oceano + ghiaccio) | ||||
| Carta verde o erba (foreste conifere) | ||||
| Sabbia | ||||
| Plastica nera (rocce) | ||||
| Plastica grigia (rocce con rilievi) |
In che modo l’albedo viene influenzato dal colore?
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Cosa cambia se la superficie presenta dei rilievi (non liscia)?
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Confronta i risultati con l’Albedo di alcuni materiali (nubi, deserto, neve…) presente in letteratura….
L’atmosfera (nuvole) influenza l’abedo?
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Mediamente durante l’anno, l’energia che arriva dal sole è più alta all’equatore e più bassa ai poli. Inoltre, i poli riflettono più energia a causa del materiale di cui sono fatti prevalentemente (neve). I venti spostano le masse su tutta la Terra e questo fa sì che vi sia uno spostamento di energia (anche termica) dai tropici ai Poli (che resterebbero più freddi di quanto non siano ora). Questa è una delle ragioni per cui le regioni polari sono molto importanti per la regolazione del clima della terra. A causa dei cambiamenti climatici, la neve ed il ghiaccio si formano in autunno inoltrato e si sciolgono a primavera, durando molto meno rispetto a decine di anni fa; questo fa sì che la superficie dei Poli assorbono mediamente più energia (e quindi si ha un aumento del riscaldamento globale).
La riduzione dell’Albedo ai Poli concorre quindi all’aumento della temperatura media del nostro pianeta (si parla di feedback positivo).
Il fenomeno del feedback ha avuto luogo da millenni: il ghiaccio si scioglie e la Terra si riscalda (albedo minore), viceversa quando il ghiaccio aumenta la Terra si raffredda.
Esperimento N.1
Domanda da investigare: quali superfici si riscaldano più velocemente, le bianche o le nere?
Materiali
- Strati isolati (bianchi o neri), esempio polistirolo bianco e polistirolo colorato di nero
- Termometri (piazzati dietro e dentro il polistirolo)
- Una sorgente di luce calda
Procedimento
Quale superficie si riscalderà più velocemente? Formula la tua ipotesi scientifica nella scheda di lavoro.
Scrivi la temperatura iniziale e segna la temperatura delle superfici (bianca e nera) ogni 30 secondi (avendo cura di accendere la lampada).
Completa la tabella (spegni la lampada dopo 3 minuti),analizza i risultati e preparara il tuo gruppo di lavoro ad una presentazione dei risultati.
Scheda di lavoro
Ipotesi
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Risultati
| Tempo (secondi) | Temperatura della superficie bianca (°C) | Temperatura della superficie nera (°C) |
| 0 | ||
| 30 | ||
| 60 | ||
| 90 | ||
| 120 | ||
| 150 | ||
| 180 |
Analisi
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ALCUNI DATI OTTENUTI CON SUPERFICI REALI
ATTIVITA’ DI PROBLEM SOLVING SIMULANDO LA SUPERFICIE TERRESTRE CON ERBA, GHIACCHIO, OCEANI etc.
ALBEDO DELLE NUBI
Conclusioni
La tua ipotesi è corretta?
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Implicazioni
Perché le lampade ad incandescenza causano un riscaldamento maggiore delle lampade a basso consumo?
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Cosa accade se usi una lampada fluorescente? Spiega
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Confronta i risultati con la scheda 1 e 2: albedo, superfici e colori. Quali differenze ed analogie?
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Considerazioni per il docente
La luce assorbita viene assorbita dai materiali come energia termica. La temperatura raggiunta dipende dall’Albedo (Albedo maggiore temperatura minore). La variazione di temperatura delle superfici dipende dal wattaggio delle lampadine.
Le lampade ad incandescenza producono molta energia nel visibile e tendono a riscaldare meno. L’albedo può essere misurato indirettamente osservando la variazione di temperatura e direttamente con la luce incidente (applicazione luxmeter dello smartphone).
Più è chiaro il colore e maggiore è l’albedo.
Le nubi hanno differenti Albedo. Nubi più diffuse hanno un albedo basso (esempio i cirri); queste nubi fanno passare maggiormente la luce solare. Le nubi sottili e bianche (es. i cumuli) fanno passare meno luce, albedo alto e facilitano il raffreddamento della Terra.
Anche i biomi hanno diverso Albedo (la taiga è più scura della tundra). La tundra ha un elevato Albedo. Un aumento della taiga causa un riscaldamento maggiore.
Innovazioni e spunti
Per diminuire il riscaldamento globale con quali superfici dovresti ricoprire il pianeta?
Se si tratta di biomi (tundra o taiga) quali fattori possono facilitare lo sviluppo di uno o l’altro?
Quali soluzioni tecnologiche suggeriresti per diminuire il riscaldamento globale?
Il vapore acqueo ha alto o basso albedo ? (sperimenta con una pentola che bolle)
Ultimamente si suggerisce di “vaporizzare” l’aria con l’acqua di mare: questa soluzione è pro o contro il riscaldamento globale? Spiega
Commenta questi articoli:
Link utili
http://brianavollbeerapesclass.weebly.com/albedo-lab.html
https://www.youtube.com/watch?v=xHFmVvDS8rQ
http://www.ei.lehigh.edu/eli/cc/resources/handouts/Albedo_Lab_Teacher.pdf
https://www.professionistiscuola.it/termodinamica-e-termologia/laboratorio-povero-convezione-ed-irraggiamento.html
About Albedo App
Albedo is an app designed to measure the albedo (or reflectance) of a surface. Albedo is simply defined as the ratio of light reflected from a surface to the light incident upon the surface. The albedo of a surface can be easily interpreted as the percent of incident light reflected by the surface (e.g. Albedo of fresh snow ~ 90%; Albedo of asphalt ~ 10%). The Albedo app is able to measure both the broadband albedo (across the entire visible spectrum) and the spectral albedo in the red, green, and blue color channels of camera.
IMPORTANT: Albedo requires the use of an 18% photographers gray card as a reference. Gray cards are widely available at photography shops and online. Visit the supporting website for more information on gray cards.
Albedo has an easy to use interface that guides users through the collection of two images: a gray card image and an image of any surface. After the images are collected they can be analyzed immediately. In the analysis of the images, the Albedo app calculates the albedo of the surface in the RGB color channels of the camera. The data is instantly saved and can be accessed again via the Albedo app or downloaded onto a computer from Albedo’s data folder.
How it works:
Albedo uses the camera as simple light sensor (photometer). Relative light intensity can be measured by normalizing the camera pixel values by the exposure. Therefore, the three color channels of the camera (RGB: Red, Green, Blue) provide a measure of light intensity in three regions of the visible spectrum.
The light intensity reflected from the surface is measured when the user captures an image of the surface. This is normalized by the ambient illumination using the gray card image. The final product is a nearly illumination independent measure of the surface albedo. Surface albedo is an important parameter used by environmental scientist to understand how different surfaces and substances interact with light. Albedo is commonly used in climatology, astronomy, and geoengineering.
<a rel=”license” href=”http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/”><img alt=”Licenza Creative Commons” style=”border-width:0″ src=”https://i.creativecommons.org/l/by-nc/4.0/80×15.png” /></a><br />Quest’opera è distribuita con Licenza <a rel=”license” href=”http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/”>Creative Commons Attribuzione – Non commerciale 4.0 Internazionale</a>.