Номер 46, страница 46, 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 46, страница 46.

Условие.

46. Почему при одинаковой высоте кирпичная труба обеспечивает лучшую тягу, чем металлическая?

Решение.

Решение

Тяга в дымовой трубе возникает из-за разницы давлений, создаваемой разностью плотностей столба горячих газов внутри трубы и столба холодного воздуха снаружи. Это явление основано на законе Архимеда для газов: более легкий (менее плотный) горячий газ выталкивается вверх более плотным холодным воздухом.

Сила тяги, которая выражается как разность давлений $\Delta p$, прямо пропорциональна высоте трубы $\text{h}$ и разности плотностей наружного воздуха $\rho_{окр}$ и горячих газов внутри трубы $\rho_{газа}$:

$\Delta p = g \cdot h \cdot (\rho_{окр} - \rho_{газа})$

Плотность газа, в свою очередь, обратно пропорциональна его абсолютной температуре ($ \rho \propto 1/T $). Это означает, что чем выше температура газа в трубе, тем меньше его плотность и, следовательно, тем больше разность плотностей $(\rho_{окр} - \rho_{газа})$, что приводит к усилению тяги.

Ключевое различие между кирпичной и металлической трубой заключается в их теплофизических свойствах, в первую очередь — в теплопроводности:

1. Металлическая труба обладает высокой теплопроводностью. Из-за этого тепло от горячих дымовых газов быстро передается через стенки трубы в окружающую среду. В результате газы, поднимаясь по трубе, интенсивно остывают. Снижение их температуры приводит к увеличению плотности, что уменьшает разность давлений и ослабляет тягу.

2. Кирпичная труба имеет низкую теплопроводность и большую тепловую инерцию (теплоемкость). Кирпич является хорошим теплоизолятором. Он медленно прогревается, но, прогревшись, эффективно удерживает тепло. Благодаря этому дымовые газы, проходящие через кирпичную трубу, остывают значительно медленнее. Поддержание высокой температуры газов по всей высоте трубы обеспечивает стабильно низкую плотность и, как следствие, создает более сильную и устойчивую тягу.

Таким образом, при одинаковой высоте кирпичная труба значительно лучше сохраняет температуру отходящих газов. Это обеспечивает большую среднюю разность плотностей между внутренним и наружным воздухом и, соответственно, создает лучшую тягу.

Ответ: Кирпичная труба обеспечивает лучшую тягу, потому что кирпич обладает низкой теплопроводностью и является хорошим теплоизолятором. Он препятствует быстрому остыванию дымовых газов, поддерживая их температуру высокой по всей длине трубы. Высокая температура газов означает их низкую плотность, что создает большую разницу давлений (тягу) по сравнению с металлической трубой, которая из-за высокой теплопроводности быстро охлаждает газы, тем самым ослабляя тягу.