Номер 39.24, страница 146 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

§ 39. Виды теплопередачи. Глава 6. Тепловые явления - номер 39.24, страница 146.

39.24 [964] Прежде чем налить кипяток в стакан, туда опускают чайную ложку. Объясните, для чего это делают.

Решение

Данное действие основано на законах теплопередачи и теплового расширения тел. Когда в стеклянный стакан наливают кипяток, происходит резкий нагрев его стенок. Процесс можно объяснить следующими этапами:

1. Теплопроводность материалов. Стекло является материалом с низкой теплопроводностью. Это означает, что тепло от горячей воды передается через стенку стакана медленно. Металл, из которого сделана чайная ложка, наоборот, обладает высокой теплопроводностью.

2. Термическое расширение и напряжение. При наливании кипятка внутренняя поверхность стакана быстро нагревается до высокой температуры и начинает расширяться. Внешняя поверхность при этом остается холодной, так как тепло не успевает дойти до нее. Из-за этой разницы в расширении в материале стекла возникают сильные внутренние механические напряжения. Поскольку стекло — хрупкий материал, эти напряжения могут превысить его предел прочности, что приведет к появлению трещин (стакан лопнет). Это явление называется термическим ударом.

3. Роль металлической ложки. Когда в стакане находится металлическая ложка, часть тепловой энергии от кипятка немедленно передается ложке. Благодаря высокой теплопроводности и достаточной теплоемкости, ложка быстро поглощает значительное количество тепла. Это приводит к двум эффектам:

• Температура воды, непосредственно контактирующей со стеклом, оказывается несколько ниже, чем температура кипения.
• Нагрев внутренней стенки стакана происходит медленнее и более равномерно, так как ложка помогает распределить тепло.

В результате разница температур между внутренней и внешней стенками стакана уменьшается, внутренние напряжения в стекле не достигают критического значения, и стакан остается целым.

Ответ: Чайную ложку опускают в стакан перед тем, как налить кипяток, для предотвращения его растрескивания от термического удара. Металлическая ложка обладает высокой теплопроводностью и быстро поглощает часть тепла от кипятка, тем самым снижая резкий перепад температур на стенках стакана и уменьшая возникающие в стекле опасные внутренние напряжения.