Номер 2.37, страница 12 - гдз по физике 8 класс задачник Генденштейн, Кирик

Тепловые явления. 2. Виды теплопередачи - номер 2.37, страница 12.

Условие.

2.37. Три стены — кирпичная, деревянная и наполненная пенопластом — имеют одинаковую толщину. Какая из них обеспечивает лучшую теплоизоляцию? Почему?

Решение.

Решение

Эффективность теплоизоляции материала характеризуется его коэффициентом теплопроводности, обозначаемым как $\text{k}$. Материал является лучшим теплоизолятором, если он имеет меньший коэффициент теплопроводности, так как это означает, что он хуже проводит тепло. Тепловое сопротивление $\text{R}$ стены толщиной $\text{d}$ и с коэффициентом теплопроводности $\text{k}$ можно рассчитать по формуле:

$R = \frac{d}{k}$

В условии задачи сказано, что все три стены имеют одинаковую толщину $\text{d}$. Следовательно, стена с наибольшим тепловым сопротивлением $\text{R}$, то есть лучшей теплоизоляцией, будет та, у которой материал имеет наименьший коэффициент теплопроводности $\text{k}$.

Сравним средние значения коэффициентов теплопроводности для рассматриваемых материалов: для кирпича $k \approx 0.8$ Вт/(м·К), для дерева $k \approx 0.15$ Вт/(м·К), а для пенопласта $k \approx 0.04$ Вт/(м·К). Таким образом, мы видим, что $k_{пенопласта} < k_{дерева} < k_{кирпича}$.

Самый низкий коэффициент теплопроводности у пенопласта объясняется его структурой. Пенопласт на 98% состоит из воздуха (или другого газа), заключенного в замкнутые ячейки полимерного материала. Воздух является очень плохим теплопроводником, а его иммобилизация в ячейках предотвращает перенос тепла путем конвекции. Дерево также имеет пористую структуру, что делает его лучшим изолятором, чем кирпич, но оно значительно плотнее пенопласта и содержит меньше воздуха. Кирпич является плотным, твердым материалом и проводит тепло значительно лучше, чем дерево и пенопласт.

Исходя из этого, стена, наполненная пенопластом, будет оказывать наибольшее сопротивление теплопередаче и, соответственно, обеспечивать самую лучшую теплоизоляцию.

Ответ: Лучшую теплоизоляцию обеспечивает стена, наполненная пенопластом. Причина в том, что пенопласт обладает самым низким коэффициентом теплопроводности по сравнению с деревом и кирпичом. Его высокая теплоизоляционная способность обусловлена пористой структурой, содержащей большое количество неподвижного воздуха, который является очень плохим проводником тепла.