Номер 4, страница 92, часть 1 - гдз по физике 8 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 1. Глава 2. Изменения агрегатного состояния вещества. Параграф 23. Удельная теплота парообразования. Вопросы и задания - номер 4, страница 92.

Условие.

4. Чем более эффективно тушить огонь — кипятком или холодной водой?

Решение.

Для ответа на этот вопрос необходимо рассмотреть два основных механизма, за счет которых вода тушит огонь: охлаждение горящего вещества до температуры ниже точки воспламенения и изоляция от кислорода путем образования водяного пара (удушение).

1. Охлаждающий эффект.

Главная роль воды при тушении пожара — поглощение теплоты. Сравним, какое количество теплоты может поглотить 1 кг холодной воды и 1 кг кипятка. Процесс поглощения теплоты водой состоит из двух этапов:

• Нагревание воды до температуры кипения (100 °C).
• Парообразование (превращение воды в пар при 100 °C).

Количество теплоты, необходимое для нагревания, рассчитывается по формуле:

$Q_1 = c \cdot m \cdot (t_2 - t_1)$

где $\text{c}$ — удельная теплоемкость воды ($ \approx 4200 \, \frac{\text{Дж}}{\text{кг} \cdot \text{°C}}$), $\text{m}$ — масса воды, $t_1$ — начальная температура, $t_2$ — конечная температура.

Количество теплоты, необходимое для парообразования, рассчитывается по формуле:

$Q_2 = L \cdot m$

где $\text{L}$ — удельная теплота парообразования воды ($ \approx 2,26 \cdot 10^6 \, \frac{\text{Дж}}{\text{кг}}$).

Теперь сравним. Пусть масса воды в обоих случаях $m = 1 \, \text{кг}$.

Для холодной воды (допустим, ее температура $t_1 = 10 \, \text{°C}$):

Сначала она нагреется до 100 °C, поглотив теплоту:

$Q_1 = 4200 \frac{\text{Дж}}{\text{кг} \cdot \text{°C}} \cdot 1 \, \text{кг} \cdot (100 \, \text{°C} - 10 \, \text{°C}) = 378000 \, \text{Дж}$

Затем она испарится, поглотив еще теплоту:

$Q_2 = 2,26 \cdot 10^6 \frac{\text{Дж}}{\text{кг}} \cdot 1 \, \text{кг} = 2260000 \, \text{Дж}$

Суммарное поглощенное тепло: $Q_{хол} = Q_1 + Q_2 = 378000 + 2260000 = 2638000 \, \text{Дж}$.

Для кипятка (его температура уже 100 °C):

Ему не нужно нагреваться, он сразу начинает испаряться. Он поглотит только теплоту парообразования:

$Q_{кип} = Q_2 = 2260000 \, \text{Дж}$.

Сравнение показывает, что холодная вода поглощает значительно больше теплоты ($2638000 \, \text{Дж}$ против $2260000 \, \text{Дж}$), а значит, эффективнее охлаждает очаг возгорания.

2. Эффект удушения (изоляции от кислорода).

При контакте с огнем вода превращается в пар, который, расширяясь, вытесняет кислород из зоны горения. Кипяток превратится в пар практически мгновенно, так как он уже находится при температуре кипения. Холодной воде для этого потребуется некоторое время, чтобы сначала нагреться. С этой точки зрения кипяток мог бы показаться эффективнее. Однако охлаждение является доминирующим фактором при тушении большинства пожаров (особенно твердых материалов). Разница в поглощении энергии настолько велика, что она перевешивает преимущество в скорости парообразования.

Вывод:

Поскольку холодная вода способна поглотить большее количество теплоты на единицу массы, чем кипяток, она является более эффективным средством для тушения огня. Ее охлаждающая способность значительно выше.

Ответ: Огонь более эффективно тушить холодной водой.