Номер 1.19, страница 5 - гдз по физике 8 класс задачник Артеменков, Ломаченков

I. Внутренняя энергия - номер 1.19, страница 5.

Условие.

1.19 Почему металлическая ложка, опущенная в стеклянный стакан, предохраняет его от растрескивания при наливании кипятка?

Решение.

Стеклянный стакан может треснуть при наливании кипятка из-за явления, называемого термическим ударом. Стекло является плохим проводником тепла (обладает низкой теплопроводностью). Когда в стакан наливают горячую воду, его внутренние стенки очень быстро нагреваются и начинают расширяться. Внешние же стенки остаются холодными и сохраняют свой прежний размер, так как тепло не успевает быстро передаться им через толщу стекла.

Из-за этой неравномерности расширения внутренних и внешних слоев в материале стакана возникают сильные внутренние механические напряжения. Если эти напряжения превышают предел прочности стекла, стакан растрескивается.

Металлическая ложка, помещенная в стакан, кардинально меняет этот процесс. Металлы, в отличие от стекла, обладают очень высокой теплопроводностью и значительной теплоёмкостью. Когда кипяток наливается в стакан с ложкой, она мгновенно начинает поглощать большое количество теплоты от воды, выступая в роли эффективного теплоотвода. Это приводит к тому, что температура воды, непосредственно контактирующей со стенками стакана, понижается, а скорость нагрева внутренних стенок значительно замедляется, поскольку большая часть тепловой энергии расходуется на нагрев ложки.

Благодаря этому температура стенок стакана повышается более медленно и равномерно. Разница температур между внутренней и внешней поверхностью не достигает критического значения, внутренние напряжения в стекле оказываются значительно меньше, и стакан не трескается.

Ответ: Металлическая ложка обладает высокой теплопроводностью и теплоёмкостью. При наливании кипятка она быстро отводит часть тепла от горячей воды, понижая её температуру и замедляя процесс нагрева внутренних стенок стакана. Это уменьшает разницу температур между внутренними и внешними стенками, предотвращает возникновение критических термических напряжений в стекле и, как следствие, предохраняет стакан от растрескивания.