Номер 39.36, страница 148 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

§ 39. Виды теплопередачи. Глава 6. Тепловые явления - номер 39.36, страница 148.

39.36 [978] Почему в металлических печных трубах тяга меньше, чем в кирпичных трубах?

Решение

Тяга в печной трубе — это направленное движение дымовых газов, которое возникает из-за разницы давлений между столбом горячего газа в трубе и окружающим холодным воздухом. Горячий газ имеет меньшую плотность, чем холодный воздух, и по закону Архимеда на столб горячего газа действует выталкивающая сила. Величина этой разности давлений (тяги), $ \Delta P $, приблизительно описывается формулой: $ \Delta P = (\rho_{окр} - \rho_{газа}) \cdot g \cdot h $, где $ \rho_{окр} $ — плотность окружающего воздуха, $ \rho_{газа} $ — средняя плотность горячего газа в трубе, $ g $ — ускорение свободного падения, а $ h $ — высота трубы.

Из формулы видно, что тяга тем сильнее, чем больше разница плотностей, а значит, чем выше средняя температура газа в трубе (поскольку плотность газа обратно пропорциональна его температуре).

Основное различие между металлической и кирпичной трубой заключается в их способности сохранять тепло, то есть в их теплопроводности.

1. Металлические трубы. Металл обладает высокой теплопроводностью. Это означает, что он легко и быстро передает тепло. В результате металлическая труба интенсивно отдает тепло от горячих газов в окружающую среду. Газы, поднимаясь по такой трубе, сильно остывают. Их средняя температура понижается, плотность увеличивается, а разность давлений с окружающим воздухом уменьшается, что приводит к ослаблению тяги.

2. Кирпичные трубы. Кирпич, напротив, является хорошим теплоизолятором (имеет низкую теплопроводность). Толстые кирпичные стенки хорошо удерживают тепло внутри дымохода. Газы в кирпичной трубе остывают значительно медленнее, чем в металлической, и их средняя температура по всей высоте трубы остается высокой. Более высокая температура газа означает меньшую плотность и, следовательно, большую разность давлений, что обеспечивает более сильную тягу.

Таким образом, из-за лучшей теплоизоляции кирпичные трубы поддерживают более высокую температуру дымовых газов, что и создает более сильную тягу по сравнению с металлическими трубами.

Ответ: Тяга в металлических печных трубах меньше, чем в кирпичных, потому что металл обладает высокой теплопроводностью и быстро отводит тепло от дымовых газов в окружающее пространство. В результате газы в трубе сильно остывают, их плотность увеличивается, что уменьшает разность давлений с наружным воздухом, создающую тягу. Кирпич, наоборот, является хорошим теплоизолятором и лучше сохраняет высокую температуру газов, обеспечивая тем самым более сильную и стабильную тягу.