Технические объекты, страница 259 - гдз по физике 10 класс учебник Хижнякова, Синявина

Молекулярная физика. Глава 10. Агрегатные состояния вещества. Фазовые переходы. Параграф 46. Взаимные превращения жидкостей и газов. Вопросы - страница 259.

Условие.

Знакомство с техническими объектами

Для того чтобы сохранить газ, например воздух, в жидком состоянии, его помещают в особые сосуды, называемые сосудами Дьюара. Их изобретателем является шотландский учёный Джеймс Дьюар (1842–1923). Сосуд Дьюара (рис. 194) имеет двойные стеклянные стенки и узкое горлышко. Между стенками сосуда создан вакуум. Его внутреннюю стенку делают блестящей (посеребрённой). В таких сосудах жидкий воздух хранится в течение нескольких недель.

Рис. 194

а) Почему в сосуде Дьюара предусмотрены двойные стенки?

б) С какой целью внутреннюю стенку сосуда Дьюара полируют?

в) Какой бытовой прибор имеет подобную конструкцию?

Решение.

а) Почему в сосуде Дьюара предусмотрены двойные стенки?

Двойные стенки в сосуде Дьюара необходимы для создания между ними вакуумной прослойки. Тепло может передаваться тремя способами: теплопроводностью, конвекцией и излучением. Вакуум (разреженный газ) является очень плохим проводником тепла, так как в нем почти нет частиц для переноса энергии. Таким образом, вакуумное пространство между стенками практически полностью предотвращает передачу тепла от окружающей среды к содержимому сосуда через теплопроводность и конвекцию. Это позволяет поддерживать очень низкую температуру сжиженного газа в течение длительного времени.

Ответ: Двойные стенки предусмотрены для создания между ними вакуума, который препятствует передаче тепла посредством теплопроводности и конвекции.

б) С какой целью внутреннюю стенку сосуда Дьюара полируют?

Внутреннюю стенку сосуда Дьюара (точнее, обе поверхности, обращенные в вакуумное пространство) полируют или покрывают зеркальным слоем (серебрят) для минимизации теплопередачи за счет излучения. Все нагретые тела излучают тепловую энергию. Гладкие, блестящие, зеркальные поверхности плохо излучают и плохо поглощают тепло, но хорошо его отражают. Зеркальная поверхность внешней стенки колбы отражает тепловое излучение извне, не давая ему нагреть содержимое. В свою очередь, зеркальная поверхность внутренней колбы отражает тепловое излучение от содержимого обратно внутрь, не давая ему уходить наружу. Таким образом, уменьшается теплообмен между содержимым и окружающей средой путем излучения.

Ответ: Внутреннюю стенку полируют, чтобы уменьшить потери тепла (или его приток) за счет теплового излучения.

в) Какой бытовой прибор имеет подобную конструкцию?

Бытовым прибором, который имеет аналогичную сосуду Дьюара конструкцию, является термос. Термос предназначен для сохранения температуры напитков или еды (как горячих, так и холодных). Он также состоит из колбы с двойными стенками, из пространства между которыми откачан воздух для создания вакуума. Внутренние поверхности стенок термоса обычно покрыты отражающим слоем. Такая конструкция эффективно предотвращает теплообмен с окружающей средой, сохраняя температуру содержимого.

Ответ: Бытовой прибор с подобной конструкцией — это термос.