Номер 2, страница 74, часть 1 - гдз по физике 8 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 1. Глава II. Тепловые явления. Параграф 9. Влажность воздуха - номер 2, страница 74.

Условие.

2. Почему горячий чай остывает быстрее, если на него дуть?

Решение.

Горячий чай остывает быстрее, когда на него дуют, из-за совместного действия двух физических процессов: испарения и конвекции. Основной вклад в охлаждение вносит именно ускорение испарения.

1. Усиленное испарение (основная причина)

С поверхности горячего чая постоянно испаряются молекулы воды. В первую очередь жидкость покидают наиболее быстрые молекулы, обладающие самой большой кинетической энергией. Когда эти высокоэнергетические молекулы улетают, средняя кинетическая энергия оставшихся в чае молекул уменьшается, что мы и воспринимаем как понижение температуры. Процесс испарения требует значительных затрат энергии, которая называется удельной теплотой парообразования. Для воды это значение очень велико: $L \approx 2,26 \times 10^6 \frac{\text{Дж}}{\text{кг}}$.

Над поверхностью чашки с горячим чаем образуется неподвижный слой воздуха. Этот воздух быстро нагревается и насыщается водяным паром до высокой концентрации. Такой насыщенный слой пара замедляет дальнейшее испарение, так как молекулы начинают возвращаться в жидкость почти с той же скоростью, с какой они ее покидают. Когда вы дуете на чай, вы сдуваете этот теплый и влажный слой воздуха. Его место занимает более холодный и, что важнее, более сухой воздух из окружающей среды. В сухом воздухе концентрация водяных паров низка, что создает большой градиент концентрации и резко увеличивает скорость испарения. Чем интенсивнее испарение, тем быстрее чай отдает тепловую энергию и остывает.

2. Принудительная конвекция (дополнительная причина)

Помимо испарения, чай теряет тепло за счет теплообмена с окружающим воздухом. Горячая поверхность чая нагревает прилегающий к ней слой воздуха. Этот нагретый воздух имеет меньшую плотность и медленно поднимается вверх, уступая место более холодным слоям воздуха. Этот процесс называется естественной конвекцией, и он относительно медленный. Когда вы дуете на чай, вы создаете поток воздуха, который активно сменяет нагретый слой воздуха на холодный. Это называется принудительной конвекцией. Постоянное поддержание большой разницы температур между поверхностью чая и воздухом над ней значительно увеличивает скорость теплоотдачи, что также способствует более быстрому охлаждению.

Таким образом, хотя оба механизма важны, ключевую роль играет именно ускорение испарения, так как оно уносит с собой огромное количество тепловой энергии.

Ответ: Когда мы дуем на горячий чай, мы сдуваем с его поверхности слой теплого и насыщенного водяным паром воздуха. Это приводит к двум последствиям: во-первых, резко ускоряется процесс испарения, который отнимает у чая большое количество тепла (это главный фактор); во-вторых, усиливается теплообмен за счет принудительной конвекции, так как движущийся холодный воздух эффективнее уносит тепло от поверхности жидкости.