Номер 15, страница 41, часть 1 - гдз по физике 8 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 1. Глава II. Тепловые явления. Параграф 4. Внутренняя энергия. Количество теплоты. Виды теплопередачи - номер 15, страница 41.

Условие.

15. Как надо подогревать воду в сосуде для того, чтобы в нём происходила естественная конвекция, — сверху или снизу?
А как надо охлаждать воду в сосуде?

Решение.

Как надо подогревать воду в сосуде для того, чтобы в нём происходила естественная конвекция, — сверху или снизу?

Естественная конвекция — это вид теплопередачи, при котором энергия переносится потоками самого вещества (жидкости или газа). Этот процесс возникает из-за разности плотностей, которая, в свою очередь, появляется из-за неравномерного нагрева.

При нагревании воды (при температуре выше 4°C) её плотность уменьшается, и она становится легче.

Если подогревать воду снизу, то нижние, более тёплые и менее плотные слои воды начнут подниматься вверх под действием выталкивающей силы. На их место будут опускаться верхние, более холодные и плотные слои. Эти опустившиеся слои, в свою очередь, нагреются, станут легче и снова поднимутся. Таким образом, в сосуде возникнут циркулирующие потоки (конвекционные потоки), которые будут эффективно перемешивать воду и переносить тепло по всему объёму. Это и есть естественная конвекция.

Если же подогревать воду сверху, то тёплый, менее плотный слой останется наверху. Холодная, более плотная вода будет находиться внизу, и никаких причин для их естественного перемешивания не возникнет. Тепло будет передаваться вниз очень медленно, в основном за счёт теплопроводности, которая у воды невелика.

Ответ: Чтобы в сосуде происходила естественная конвекция, воду необходимо подогревать снизу.

А как надо охлаждать воду в сосуде?

Процесс охлаждения также связан с изменением плотности воды. При охлаждении (при температуре выше 4°C) плотность воды увеличивается, и она становится тяжелее.

Если охлаждать воду сверху, то верхние слои станут холоднее и, следовательно, плотнее (тяжелее). Под действием силы тяжести эти холодные слои будут опускаться вниз, вытесняя наверх более тёплые и менее плотные нижние слои. Поднявшись наверх, эти тёплые слои охладятся, станут плотнее и снова опустятся. Так возникнет конвекционный поток, который будет эффективно охлаждать весь объём воды.

Если же охлаждать воду снизу, то холодный, более плотный слой останется на дне сосуда. Тёплая, менее плотная вода будет находиться наверху, и конвекционное перемешивание не произойдёт.

Ответ: Чтобы эффективно охладить воду в сосуде за счёт естественной конвекции, её необходимо охлаждать сверху.