Обсудим?, страница 24 - гдз по физике 7 класс учебник Пёрышкин, Иванов

Проекты и исследования. Итоги главы. Введение. Введение. Физика и её роль в познании окружающего мира - страница 24.

Обсудим? Итак, как вы теперь знаете, изучение любого явления начинается с наблюдения. Вы почти ежедневно наблюдаете, как горячий чай, оставленный в чашке на столе, через какое-то время остывает. Выдвиньте гипотезы, от чего может зависеть время остывания чая до комнатной температуры. Придумайте и спланируйте опыты, которые позволят подтвердить или опровергнуть каждую вашу гипотезу.

Время остывания горячего чая в чашке до комнатной температуры — это сложный физический процесс, который зависит от множества факторов. Ниже представлены несколько гипотез, объясняющих эту зависимость, а также планы экспериментов для их проверки.

Гипотеза 1: Время остывания зависит от материала, из которого сделана чашка.

Разные материалы по-разному проводят тепло. Этот процесс называется теплопроводностью. Металлы являются хорошими проводниками тепла, а керамика, фарфор или стекло — плохими (являются теплоизоляторами). Следовательно, чашка из материала с высокой теплопроводностью будет быстрее отводить тепло от чая в окружающую среду.

План опыта:
1. Взять две чашки примерно одинакового размера и формы, но из разных материалов: одну керамическую, другую — металлическую (например, из нержавеющей стали).
2. Налить в обе чашки одинаковое количество горячей воды (например, по 200 мл) с одинаковой начальной температурой (например, 90°C).
3. Поставить обе чашки в одинаковые условия (на один стол в одной комнате).
4. С помощью термометра и секундомера измерить время, за которое вода в каждой чашке остынет до определенной температуры (например, до 40°C).
5. Сравнить полученное время.

Ответ: Если гипотеза верна, вода в металлической чашке остынет значительно быстрее, чем в керамической.

Гипотеза 2: Время остывания зависит от площади поверхности чая.

Остывание жидкости в открытой посуде происходит в основном за счет двух процессов: теплообмена с воздухом (конвекция) и испарения. Оба процесса происходят на поверхности жидкости. Чем больше площадь этой поверхности, тем интенсивнее идет испарение и теплообмен, а значит, тем быстрее чай остывает.

План опыта:
1. Взять два сосуда из одинакового материала: узкую высокую чашку и широкое плоское блюдце.
2. Налить в оба сосуда одинаковый объем горячей воды (например, 150 мл) с одинаковой начальной температурой.
3. Поставить оба сосуда в одинаковые условия.
4. Измерить время, за которое вода в каждом сосуде остынет до одной и той же конечной температуры.
5. Сравнить полученное время.

Ответ: Если гипотеза верна, вода в блюдце, где площадь поверхности больше, остынет быстрее, чем вода в чашке.

Гипотеза 3: Время остывания зависит от объема (массы) чая.

Количество теплоты, которое необходимо отдать телу для его остывания, прямо пропорционально его массе: $ Q = cm(t_1 - t_2) $, где $ m $ — масса. Соответственно, чем больше объем (и масса) чая в чашке, тем большее количество теплоты он должен отдать окружающей среде, чтобы остыть, и тем больше времени это займет при прочих равных условиях.

План опыта:
1. Взять две абсолютно одинаковые чашки.
2. Налить в одну чашку 100 мл горячей воды, а в другую — 200 мл. Начальная температура воды в обеих чашках должна быть одинаковой.
3. Поставить обе чашки в одинаковые условия.
4. Измерить время остывания воды в каждой чашке до одной и той же конечной температуры.
5. Сравнить полученное время.

Ответ: Если гипотеза верна, то больший объем воды (200 мл) будет остывать дольше, чем меньший (100 мл).

Гипотеза 4: Время остывания зависит от наличия крышки.

Накрывая чашку, мы значительно уменьшаем потери тепла. Во-первых, крышка почти полностью прекращает испарение — один из самых эффективных механизмов охлаждения. Во-вторых, она препятствует конвекции, не давая теплому воздуху над поверхностью чая уходить вверх и заменяться холодным.

План опыта:
1. Взять две одинаковые чашки и налить в них одинаковое количество горячей воды одинаковой температуры.
2. Одну чашку оставить открытой, а вторую накрыть крышкой или блюдцем.
3. Поставить обе чашки в одинаковые условия.
4. Измерить время остывания воды в каждой из них до одинаковой конечной температуры.
5. Сравнить полученное время.

Ответ: Если гипотеза верна, чай в накрытой чашке будет остывать значительно медленнее, чем в открытой.

Гипотеза 5: Время остывания зависит от движения воздуха над поверхностью чая.

Движение воздуха (ветер, сквозняк, вентилятор) усиливает конвекцию и испарение. Поток воздуха постоянно уносит от поверхности жидкости нагретый и насыщенный влагой слой воздуха, заменяя его более холодным и сухим. Этот процесс называется вынужденной конвекцией.

План опыта:
1. Взять две одинаковые чашки с одинаковым количеством горячей воды одинаковой температуры.
2. Поставить обе чашки в одной комнате, но одну в место, где нет движения воздуха, а другую — перед работающим на малой скорости вентилятором.
3. Измерить время остывания воды в каждой чашке до одинаковой конечной температуры.
4. Сравнить полученное время.

Ответ: Если гипотеза верна, чай, который обдувается вентилятором, остынет быстрее, чем чай, стоящий в неподвижном воздухе.