Номер 1.20, страница 5 - гдз по физике 8 класс задачник Артеменков, Ломаченков

I. Внутренняя энергия - номер 1.20, страница 5.

Условие.

1.20 Почему (например, при приготовлении чая) в стеклянный стакан рекомендуется сначала налить немного холодной воды и избегать попадания струи кипятка из чайника на его стенки?

Решение.

Решение

Этот совет объясняется физическими свойствами стекла — его хрупкостью и низкой теплопроводностью, — а также явлением теплового расширения.

Когда в холодный стеклянный стакан наливают кипяток, его внутренние стенки, контактирующие с горячей водой, резко нагреваются и стремятся расшириться. Внешние же стенки остаются холодными, так как стекло плохо проводит тепло, и сохраняют свой первоначальный размер. Из-за этой разницы в расширении в толще стекла возникают сильные механические напряжения. Если эти напряжения превысят предел прочности материала, стакан лопнет.

Рекомендации, приведенные в вопросе, направлены на то, чтобы сделать нагрев стакана как можно более медленным и равномерным, тем самым уменьшая внутренние напряжения.

Почему рекомендуется избегать попадания струи кипятка на стенки?
Если струя кипятка попадает на один конкретный участок стенки, этот участок нагревается гораздо быстрее и сильнее, чем остальная часть стакана. Это создает очень большое локальное напряжение, которое с высокой вероятностью приведет к образованию трещины. Если же лить кипяток в центр, вода будет подниматься и прогревать стенки постепенно и равномерно по всей окружности, что гораздо безопаснее.

Почему рекомендуется сначала налить немного холодной воды?
Холодная вода на дне стакана выполняет роль теплового буфера. Горячая вода, попадая в нее, смешивается и немного остывает, прежде чем вступить в контакт со стеклом. Это снижает резкость температурного перепада (термического удара). Кроме того, тепло от смешавшейся воды передается всей поверхности дна более равномерно, чем от узкой струи кипятка, что также уменьшает риск растрескивания.

Ответ: Рекомендации даны для того, чтобы предотвратить растрескивание стеклянного стакана из-за термического шока. Стекло — хрупкий материал с плохой теплопроводностью. Резкий и неравномерный нагрев (например, от струи кипятка, бьющей в стенку) создает в нем критические внутренние напряжения из-за неравномерного теплового расширения. Добавление холодной воды и наливание кипятка в центр делают нагрев более плавным и равномерным, что позволяет избежать разрушения стакана.