Номер 2.48, страница 13 - гдз по физике 8 класс задачник Генденштейн, Кирик

Тепловые явления. 2. Виды теплопередачи - номер 2.48, страница 13.

Условие.

2.48. Какие трубы обеспечивают лучшую тягу — металлические или кирпичные?

Решение.

Решение

Тяга в дымовой трубе представляет собой разность давлений, возникающую из-за разницы плотностей столба горячих газов внутри трубы и столба холодного воздуха той же высоты снаружи. Это явление, известное как "эффект тяги" или "конвекция", заставляет горячие, менее плотные газы подниматься вверх, уступая место более плотному холодному воздуху, который засасывается в топку.

Величина тяги (разность давлений $\Delta P$) может быть выражена формулой, показывающей ее зависимость от плотностей: $\Delta P = g h (\rho_{окр} - \rho_{газа})$, где $\text{g}$ – ускорение свободного падения, $\text{h}$ – высота трубы, $\rho_{окр}$ – плотность окружающего воздуха, а $\rho_{газа}$ – средняя плотность газов в трубе.

Поскольку плотность газа обратно пропорциональна его абсолютной температуре ($\rho \propto 1/T$), для создания максимальной тяги необходимо поддерживать как можно более высокую температуру газов по всей высоте трубы. Чем больше разница температур между газами в трубе и наружным воздухом, тем больше разница в их плотностях и, следовательно, сильнее тяга.

Теперь сравним металлические и кирпичные трубы с точки зрения сохранения температуры газов.

Металлические трубы обладают высокой теплопроводностью. Это свойство приводит к интенсивной передаче тепла от горячих дымовых газов через стенку трубы в окружающую среду. В результате газы, поднимаясь по трубе, быстро остывают. Снижение их температуры увеличивает их плотность, что уменьшает разницу $\rho_{окр} - \rho_{газа}$ и, соответственно, ослабляет тягу.

Кирпичные трубы, в отличие от металла, являются материалом с низкой теплопроводностью и высокой теплоемкостью. Кирпич действует как хороший теплоизолятор. Прогревшись, массивные кирпичные стенки эффективно удерживают тепло внутри дымохода, предотвращая быстрое остывание дымовых газов. Газы сохраняют высокую среднюю температуру на всем протяжении своего пути, что поддерживает их плотность на низком уровне и обеспечивает сильную и стабильную тягу.

Таким образом, в установившемся рабочем режиме кирпичная труба за счет своих теплоизоляционных свойств поддерживает более высокую среднюю температуру газов, что создает лучшие условия для возникновения сильной тяги по сравнению с металлической трубой.

Ответ: Лучшую тягу обеспечивают кирпичные трубы.