Номер 4, страница 45, часть 1 - гдз по физике 8 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 1. Глава 1. Строение и свойства вещества. Тепловые явления. Параграф 10. Конвекция. Вопросы и задания - номер 4, страница 45.

Условие.

4. Возможна ли конвекция в невесомости?

Решение.

Решение

Конвекция — это вид теплопередачи, при котором энергия переносится струями и потоками самого вещества (жидкости или газа). Чтобы ответить на этот вопрос, необходимо различать два вида конвекции: естественную и вынужденную.

1. Естественная конвекция.
Этот вид конвекции возникает самопроизвольно из-за разности плотностей в веществе, которая появляется при его неравномерном нагреве в поле силы тяжести. Например, на Земле при нагревании жидкости снизу, нижние слои становятся горячее, расширяются, и их плотность уменьшается. В результате действия выталкивающей силы (силы Архимеда), более легкие (менее плотные) слои поднимаются вверх, а на их место опускаются более холодные и плотные верхние слои. Возникает циркуляция вещества, переносящая тепло.

Движущей силой этого процесса является сила Архимеда, которая определяется формулой: $F_{А} = (\rho_{окр} - \rho_{тела})gV$, где $\rho_{окр}$ — плотность окружающей среды, $\rho_{тела}$ — плотность нагретого объема вещества, $\text{g}$ — ускорение свободного падения, $\text{V}$ — объем.

В условиях невесомости (микрогравитации) ускорение свободного падения $g \approx 0$. Следовательно, сила Архимеда также стремится к нулю: $F_{А} \approx 0$. Без этой силы разность плотностей между нагретыми и холодными слоями не может вызвать их упорядоченное перемещение друг относительно друга. Нагретый слой вещества останется на месте, и дальнейшая передача тепла будет происходить в основном за счет гораздо более медленного процесса — теплопроводности.

Таким образом, естественная конвекция в невесомости невозможна.

2. Вынужденная конвекция.
Этот вид конвекции происходит под действием внешних сил, например, при перемешивании жидкости или газа с помощью насоса, вентилятора или мешалки. Работа этих устройств не зависит от наличия или отсутствия силы тяжести.

В невесомости вынужденная конвекция не только возможна, но и жизненно необходима. Например, на борту космических станций используются вентиляторы для перемешивания воздуха. Это нужно для равномерного распределения тепла, отвода влаги и, что очень важно, для удаления облака выдыхаемого углекислого газа, которое иначе скапливалось бы вокруг головы космонавта, создавая угрозу удушья.

Ответ: Естественная (свободная) конвекция, возникающая за счет силы Архимеда, в условиях невесомости невозможна. Однако вынужденная конвекция, создаваемая принудительно (например, вентиляторами), в невесомости возможна и широко применяется.