Номер 41.5, страница 154 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

§ 41. Плавление и отвердевание. Глава 6. Тепловые явления - номер 41.5, страница 154.

41.5* [1059*] В тёплых странах воду используют в качестве жидкости, охлаждающей двигатель, так как она обладает максимальной удельной теплоёмкостью. Почему нельзя так делать круглогодично в умеренных широтах и на Севере?

Вода является превосходной охлаждающей жидкостью благодаря своей аномально высокой удельной теплоёмкости (для воды $c \approx 4200 \frac{Дж}{кг \cdot \text{К}}$). Это означает, что для нагрева на определённое количество градусов вода способна поглотить большое количество теплоты $Q$, отводимой от двигателя. Количество поглощённой теплоты рассчитывается по формуле $Q = c \cdot m \cdot \Delta T$, где $m$ — масса жидкости, а $\Delta T$ — изменение её температуры. Благодаря этому свойству вода эффективно защищает двигатель от перегрева.

Однако в умеренных широтах и на Севере, где температура окружающей среды часто опускается ниже $0^\circ\text{C}$, использовать чистую воду в системе охлаждения круглогодично нельзя. Это связано с уникальным физическим свойством воды — она расширяется при замерзании. При переходе из жидкого состояния в твёрдое (лёд) её объём увеличивается примерно на 9%. Большинство других веществ, наоборот, сжимаются при кристаллизации.

Система охлаждения двигателя — это герметичная система, включающая в себя радиатор, насос, патрубки и внутренние каналы в блоке цилиндров. Когда вода в этой замкнутой системе замерзает и расширяется, она создаёт огромное давление на стенки компонентов системы. Это давление может привести к серьёзным повреждениям:

• Разрыву сот и бачков радиатора.
• Повреждению водяного насоса (помпы).
• Появлению трещин в блоке цилиндров или в его головке, что является критической и очень дорогостоящей поломкой.

По этой причине в регионах с холодными зимами вместо воды используют специальные низкозамерзающие жидкости — антифризы. Они представляют собой смесь воды с этиленгликолем (или пропиленгликолем), которая замерзает при значительно более низких температурах (например, $-40^\circ\text{C}$). В тёплых странах, где риск замерзания воды минимален, её использование в качестве охлаждающей жидкости является экономически оправданным.

Ответ: В умеренных и северных широтах температура воздуха зимой опускается ниже точки замерзания воды ($0^\circ\text{C}$). При замерзании вода расширяется в объёме примерно на 9%, создавая огромное давление внутри замкнутой системы охлаждения. Это давление способно разрушить радиатор, патрубки и даже блок цилиндров двигателя. Поэтому в таких условиях используют незамерзающие жидкости (антифризы).