Номер 41.21, страница 156 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

Глава 6. Тепловые явления. Параграф 41. Плавление и отвердевание - номер 41.21, страница 156.

Условие.

41.21 [1073] На стёклах старых оконных рам мороз «рисует» причудливые узоры. Почему этого не происходит на современных стеклопакетах. Ответ поясните.

Решение.

Решение 4.

Решение 7.

Причина, по которой на старых оконных рамах мороз «рисует» узоры, а на современных стеклопакетах — нет, заключается в принципиальной разнице их теплоизоляционных свойств.

1. Старые оконные рамы
В старых окнах обычно устанавливалось одно стекло. Стекло, хоть и кажется нам барьером, на самом деле является достаточно хорошим проводником тепла. В морозную погоду наружный холодный воздух интенсивно отбирает тепло у стекла, в результате чего температура его внутренней поверхности (обращённой в комнату) опускается ниже точки замерзания воды, то есть ниже $0°C$. Воздух внутри жилого помещения всегда тёплый и содержит определённое количество водяного пара (влажность). Когда этот влажный тёплый воздух соприкасается с ледяной поверхностью стекла, он резко охлаждается. Водяной пар, содержащийся в нём, достигает точки росы и конденсируется, но так как поверхность имеет отрицательную температуру, он сразу же замерзает, превращаясь в кристаллики льда. Этот процесс называется десублимацией (переход вещества из газообразного состояния сразу в твёрдое). Микроскопические дефекты на стекле, пылинки служат центрами кристаллизации, от которых начинают расти ледяные узоры сложной, причудливой формы.

2. Современные стеклопакеты
Современный стеклопакет — это герметичная конструкция, состоящая из двух или более стёкол, разделённых воздушной камерой. Эта камера заполнена осушенным воздухом или, что ещё лучше для теплоизоляции, инертным газом (например, аргоном или криптоном). Газ является очень плохим проводником тепла. Поэтому воздушная или газовая прослойка в стеклопакете служит мощным теплоизолятором. Она значительно замедляет процесс передачи тепла из тёплого помещения на холодную улицу. Благодаря этой изоляции, внутреннее стекло, обращённое в комнату, не успевает охладиться до низких температур. Его поверхность практически всегда остаётся тёплой, её температура держится значительно выше $0°C$ и выше точки росы комнатного воздуха. Поскольку поверхность внутреннего стекла не является достаточно холодной, у водяного пара из воздуха нет условий для конденсации и последующего замерзания.

Ответ: Морозные узоры — это замёрзший конденсат (иней), который образуется на поверхности, охлаждённой ниже $0°C$. В старых окнах одно стекло быстро промерзает, и его внутренняя поверхность становится таким холодным местом. В современных стеклопакетах между стёклами есть воздушная (или газовая) прослойка, которая является хорошим теплоизолятором и не позволяет внутреннему стеклу охладиться до температуры замерзания воды. Поэтому на современных стеклопакетах узоры не появляются.