Номер 2.20, страница 10 - гдз по физике 8 класс задачник Генденштейн, Кирик

Тепловые явления. 2. Виды теплопередачи - номер 2.20, страница 10.

Условие.

2.20. Почему кофе, чай, суп быстрее охлаждаются, когда их мешают ложкой?

Решение.

Решение

Охлаждение горячих жидкостей, таких как кофе, чай или суп, происходит за счет нескольких процессов теплопередачи. Основными из них являются конвекция (перенос тепла потоками жидкости или газа) и испарение с поверхности. Перемешивание ложкой значительно ускоряет оба этих процесса, что приводит к более быстрому остыванию.

Рассмотрим основные причины:

1. Усиление конвекции. В спокойном состоянии верхний слой жидкости остывает быстрее, контактируя с воздухом, и становится своеобразным "изолятором" для более горячих нижних слоев. Естественная конвекция, при которой остывшие слои опускаются, а горячие поднимаются, происходит довольно медленно. Перемешивание ложкой создает принудительную конвекцию: мы механически перемещаем горячую жидкость из центра и со дна чашки на поверхность. Это постоянно поддерживает максимальную разницу температур между поверхностью жидкости и окружающим воздухом, что, согласно закону теплообмена Ньютона, увеличивает скорость отдачи тепла.

2. Ускорение испарения. Испарение — это процесс, при котором молекулы с наибольшей кинетической энергией покидают поверхность жидкости, унося с собой часть тепловой энергии. Это очень эффективный способ охлаждения. Когда мы выносим на поверхность более горячие слои жидкости, мы увеличиваем количество молекул, обладающих достаточной энергией для испарения. Кроме того, перемешивание нарушает тонкий слой насыщенного пара, который образуется над поверхностью спокойной жидкости и замедляет дальнейшее испарение. На его место поступает более сухой и холодный воздух, что способствует более интенсивному испарению.

3. Теплообмен с ложкой. Ложка, как правило, холоднее напитка. При погружении в жидкость она начинает забирать у нее тепло за счет теплопроводности. Хотя этот вклад обычно меньше по сравнению с конвекцией и испарением, он также способствует общему охлаждению, особенно если ложка сделана из металла, обладающего высокой теплопроводностью.

Таким образом, совокупность этих трех факторов приводит к тому, что при перемешивании горячая жидкость остывает значительно быстрее.

Ответ: Кофе, чай и суп быстрее охлаждаются при перемешивании ложкой, потому что перемешивание создает принудительную конвекцию, которая выносит горячие слои жидкости на поверхность. Это интенсифицирует теплообмен с воздухом и значительно ускоряет процесс испарения — наиболее эффективный механизм охлаждения, при котором самые "горячие" молекулы покидают жидкость, унося с собой тепловую энергию.