Номер 37, страница 110, часть 1 - гдз по физике 8 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 1. Глава II. Тепловые явления. Параграф 12. Тепловые двигатели - номер 37, страница 110.

Условие.

37. Изготовьте из фольги вертушку с четырьмя лопастями и за-крепите её на конце деревянной палочки. Осторожно поднесите вертушку к носику кипящего чайника. Что вы наблюдаете? Моделью какого теплового двигателя является ваша вертушка? Опишите преобразования энергии, происходящие при вращении вертушки. Объясните ваш опыт, проиллюстрировав его видеосъёмкой или фотографиями.

Решение.

Что вы наблюдаете?

Если осторожно поднести вертушку из фольги к носику кипящего чайника, можно наблюдать, как струя водяного пара, выходящая из носика, ударяется о лопасти вертушки и заставляет её быстро вращаться.

Ответ: Вертушка начинает вращаться под действием струи пара.

Моделью какого теплового двигателя является ваша вертушка?

Тепловой двигатель — это устройство, которое преобразует внутреннюю энергию рабочего тела в механическую работу. В данном опыте рабочим телом является водяной пар. Устройство, в котором энергия струи пара преобразуется в механическую энергию вращения вала с лопатками, называется паровой турбиной. Таким образом, вращающаяся вертушка является простейшей моделью паровой турбины.

Ответ: Вертушка является моделью паровой турбины.

Опишите преобразования энергии, происходящие при вращении вертушки.

В ходе эксперимента происходят следующие преобразования энергии:

1. Внутренняя энергия топлива (например, газа или электричества), на котором работает плита, преобразуется в тепловую энергию, которая передается воде в чайнике.
2. Внутренняя энергия воды увеличивается, она закипает и превращается в пар.
3. Внутренняя энергия горячего пара при выходе из носика чайника преобразуется в кинетическую энергию направленного движения (струи) пара.
4. Кинетическая энергия струи пара передается лопастям вертушки, преобразуясь в механическую (кинетическую) энергию её вращения.

Ответ: Происходит следующая цепь преобразований энергии: внутренняя энергия пара → кинетическая энергия струи пара → механическая энергия вращения вертушки.

Объясните ваш опыт, проиллюстрировав его видеосъёмкой или фотографиями.

Этот опыт наглядно демонстрирует принцип работы теплового двигателя, а именно — паровой турбины. Вода в чайнике нагревается и испаряется, образуя пар под давлением. Вырываясь из узкого носика, пар расширяется и охлаждается, при этом его внутренняя энергия преобразуется в кинетическую энергию направленного потока. Молекулы пара, двигаясь с большой скоростью, ударяются о лопасти вертушки и передают им часть своего импульса. Совокупное действие молекул пара на лопасти создает вращающий момент, который заставляет вертушку вращаться. Таким образом, тепловая энергия, полученная от сжигания топлива или от электронагревателя, превращается в механическую работу.

Для иллюстрации опыта можно сделать серию фотографий: 1) подготовленная вертушка; 2) кипящий чайник, из носика которого идет пар; 3) вертушка, установленная в струе пара и вращающаяся. Еще лучше снять короткое видео, которое покажет динамику процесса — как неподвижная вертушка начинает раскручиваться под действием пара.

Ответ: Опыт демонстрирует преобразование внутренней энергии пара в механическую энергию вращения, что является принципом действия паровой турбины. Поток молекул пара толкает лопасти и заставляет вертушку вращаться.