Номер 39.47, страница 148 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

§ 39. Виды теплопередачи. Глава 6. Тепловые явления - номер 39.47, страница 148.

39.47 [987] Почему вода в открытых водоёмах нагревается солнечными лучами медленнее, чем суша?

Вода в открытых водоёмах нагревается солнечными лучами медленнее, чем суша, из-за совокупности нескольких физических факторов и свойств.

Высокая удельная теплоёмкость. Удельная теплоёмкость воды ($c_{воды} \approx 4200 \, \text{Дж/(кг·К)}$) является одной из самых высоких среди всех известных веществ. Удельная теплоёмкость суши (песка, почвы) значительно ниже (в среднем $c_{суши} \approx 800-1000 \, \text{Дж/(кг·К)}$). Это означает, что для нагрева 1 кг воды на 1 градус Цельсия требуется в 4-5 раз больше энергии, чем для нагрева 1 кг суши. Изменение температуры $\Delta T$ при получении количества теплоты $Q$ для массы $m$ определяется как $\Delta T = Q / (c \cdot m)$, поэтому при большем значении $c$ и одинаковом количестве полученной энергии $Q$, изменение температуры $\Delta T$ будет меньше.

Прозрачность и конвекция. Вода частично прозрачна для солнечных лучей, поэтому они проникают на глубину в несколько метров, распределяя энергию по большому объёму. Суша же непрозрачна, и почти вся солнечная энергия поглощается очень тонким поверхностным слоем, который из-за этого быстро нагревается. Кроме того, вода — это жидкость, в которой постоянно происходят процессы перемешивания (конвекция, ветровые течения). Нагретые верхние слои смешиваются с холодными нижними, что эффективно распределяет тепло по всей массе воды и замедляет рост температуры на поверхности. В твёрдой суше тепло передаётся вглубь почти исключительно за счёт медленного процесса теплопроводности.

Расход энергии на испарение. С поверхности любого открытого водоёма постоянно происходит испарение. Этот процесс (фазовый переход из жидкости в газ) требует значительных затрат энергии, известной как удельная теплота парообразования. Существенная доля солнечной энергии, поглощённой водой, расходуется не на её нагрев (повышение кинетической энергии молекул), а на разрыв межмолекулярных связей и испарение. Это эффективно отводит тепло от водной поверхности, замедляя её нагрев. Суша также теряет тепло на испарение влаги, но обычно в меньших количествах, особенно если почва сухая.

Ответ: Вода в открытых водоёмах нагревается медленнее суши по трём основным причинам: во-первых, из-за своей аномально высокой удельной теплоёмкости, требующей большего количества энергии для повышения температуры; во-вторых, из-за прозрачности и способности к перемешиванию (конвекции), что приводит к распределению тепла в большом объёме; в-третьих, из-за значительных затрат энергии на процесс испарения с её поверхности.