Номер 39.48, страница 148 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

§ 39. Виды теплопередачи. Глава 6. Тепловые явления - номер 39.48, страница 148.

39.48 [988] Почему горячая вода, оставленная в термосе, со временем охлаждается?

Горячая вода, оставленная в термосе, со временем охлаждается, потому что термос не обеспечивает идеальную теплоизоляцию, а лишь значительно замедляет процесс теплообмена с окружающей средой. Теплопередача, хоть и очень медленно, но все же происходит. Рассмотрим, как устроен термос и почему он не может вечно сохранять температуру.

Термос, или сосуд Дьюара, сконструирован так, чтобы минимизировать три основных вида теплопередачи:

• Теплопроводность. Это передача тепла при непосредственном контакте молекул вещества. Чтобы уменьшить теплопроводность, между внутренней колбой (в которой находится вода) и внешним корпусом термоса создают вакуум — пространство, из которого откачан воздух. В вакууме практически нет вещества, поэтому передача тепла через стенки путем теплопроводности почти прекращается.
• Конвекция. Это перенос тепла потоками жидкости или газа. Вакуум между стенками также исключает и конвекцию. Кроме того, плотно закрытая пробка препятствует конвекции воздуха над поверхностью воды и испарению воды, которое также уносит тепло.
• Тепловое излучение. Любое нагретое тело излучает невидимые инфракрасные лучи, которые переносят энергию. Чтобы уменьшить потери тепла на излучение, внутреннюю поверхность внешнего корпуса и наружную поверхность внутренней колбы делают зеркальными (посеребренными). Зеркальные поверхности отражают тепловое излучение обратно к горячей воде, не давая ему уйти.

Несмотря на все эти ухищрения, теплоизоляция термоса не является абсолютной. Существует несколько путей для утечки тепла:

1. Пробка (крышка). Это главный источник теплопотерь. Пробка находится в прямом контакте как с горячим содержимым термоса, так и с холодной внешней средой. Хотя ее изготавливают из материалов с низкой теплопроводностью (например, пластика или пробки), через нее все равно происходит медленная передача тепла за счет теплопроводности.
2. Место соединения колбы и корпуса. Внутренняя колба должна быть как-то соединена с внешним корпусом, обычно это происходит в районе горловины. Эта точка контакта является "мостиком холода", через который тепло может передаваться от горячей внутренней стенки к холодной внешней путем теплопроводности.
3. Неидеальность вакуума и отражающих поверхностей. Создать идеальный вакуум технически невозможно, поэтому между стенками всегда остается некоторое количество молекул газа, которые переносят небольшое количество тепла. Также зеркальные поверхности отражают не 100% теплового излучения, некоторая его часть все же поглощается и передается наружу.

Таким образом, из-за этих несовершенств конструкции происходит медленная, но непрерывная утечка тепла. С течением времени эти небольшие потери суммируются, и температура воды в термосе постепенно снижается, стремясь к выравниванию с температурой окружающей среды.

Ответ: Горячая вода в термосе со временем охлаждается, потому что термос не обеспечивает абсолютную теплоизоляцию. Несмотря на вакуум между стенками и зеркальные поверхности, которые значительно замедляют теплообмен, тепло все равно медленно уходит в окружающую среду, в основном через пробку и места крепления внутренней колбы к корпусу (за счет теплопроводности), а также из-за несовершенства вакуума и отражающих поверхностей (остаточная конвекция и излучение).