Номер 2.56, страница 14 - гдз по физике 8 класс задачник Генденштейн, Кирик

Тепловые явления. 2. Виды теплопередачи - номер 2.56, страница 14.

Условие.

2.56. Во время оттепели лед из водосточных труб вываливается часто кусками, имеющими форму трубы (иногда падение таких кусков приводит к разрушению труб). Объясните, почему лед не тает внутри водосточной трубы так, чтобы из трубы выливалась только вода. Что изменится, если вдоль оси трубы поместить прочный рифленый металлический стержень?

Решение.

Объясните, почему лед не тает внутри водосточной трубы так, чтобы из трубы выливалась только вода.

Во время оттепели наружные стенки водосточной трубы нагреваются от более теплого воздуха и солнечных лучей. Так как труба обычно металлическая, она обладает хорошей теплопроводностью, и тепло быстро передается льду, который соприкасается с ее внутренней поверхностью. В результате лед начинает таять на границе со стенкой трубы.

Между ледяным стержнем и трубой образуется тонкий слой талой воды. Этот слой действует как смазка, значительно уменьшая силу трения. Ледяная пробка, обладающая значительной массой, под действием силы тяжести соскальзывает вниз и вываливается из трубы целиком. Центральная часть ледяного стержня не успевает растаять, потому что лед является плохим проводником тепла, и тепло от стенок трубы не доходит до его центра.

Ответ: Лед тает в первую очередь у стенок трубы, образуя водяную смазку. Из-за этого вся ледяная глыба под действием силы тяжести соскальзывает и выпадает из трубы раньше, чем успевает полностью растаять.

Что изменится, если вдоль оси трубы поместить прочный рифленый металлический стержень?

Металлический стержень, обладая высокой теплопроводностью (гораздо выше, чем у льда), будет эффективно переносить тепло от теплого воздуха вдоль всей своей длины, включая ту часть, что находится внутри ледяной пробки. Это вызовет таяние льда не только снаружи, у стенок трубы, но и изнутри, вокруг стержня.

Процесс таяния значительно ускорится, так как тепло будет подводиться непосредственно к центру ледяного массива. Рифленая поверхность стержня, во-первых, увеличивает площадь теплообмена со льдом, а во-вторых, создает механическое сцепление со льдом, препятствуя его соскальзыванию единым куском. Лед будет таять, и образовавшаяся вода будет стекать по каналам, формирующимся вдоль стержня.

Ответ: Металлический стержень будет проводить тепло в центр ледяной пробки, вызывая ее таяние изнутри. Рифленая поверхность стержня дополнительно будет удерживать лед от соскальзывания. В результате из трубы будет вытекать в основном талая вода, а не выпадать крупные и опасные куски льда.