Номер 39.10, страница 145 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

§ 39. Виды теплопередачи. Глава 6. Тепловые явления - номер 39.10, страница 145.

39.10 [946] В каком случае процесс теплообмена произойдёт быстрее: если в горячую воду наливать холодную, если в холодную наливать горячую при тех же массах?

Решение

Скорость процесса теплообмена при смешивании жидкостей разной температуры зависит от интенсивности их перемешивания. Основным механизмом перемешивания в данном случае является естественная конвекция, которая возникает из-за разности плотностей горячей и холодной воды. Плотность горячей воды меньше плотности холодной воды.

Рассмотрим два случая:

1. В горячую воду наливают холодную. Холодная вода, как более плотная, будет опускаться на дно сосуда, а горячая, менее плотная, останется в верхних слоях. Такое распределение жидкости (более плотная внизу, менее плотная наверху) является устойчивым. Естественная конвекция будет затруднена, и перемешивание будет происходить медленно, в основном за счет теплопроводности на границе слоев, что является менее эффективным процессом.

2. В холодную воду наливают горячую. Горячая вода, как менее плотная, сначала окажется на поверхности холодной воды. Однако при контакте слоев начнется теплообмен: верхние слои холодной воды нагреются, их плотность уменьшится, и они начнут подниматься. Одновременно нижние слои горячей воды остынут, их плотность увеличится, и они начнут опускаться. Такое распределение (менее плотная жидкость наверху, более плотная внизу) неустойчиво при теплообмене и приводит к возникновению интенсивных конвекционных потоков. Эти потоки эффективно перемешивают всю массу воды, что значительно ускоряет процесс установления теплового равновесия.

Таким образом, процесс теплообмена произойдет быстрее во втором случае.

Ответ: процесс теплообмена произойдёт быстрее, если в холодную воду наливать горячую, так как в этом случае возникают интенсивные конвекционные потоки, способствующие быстрому перемешиванию воды.