Номер 3.12, страница 16 - гдз по физике 8 класс задачник Генденштейн, Кирик

Тепловые явления. 3. Домашние экспериментальные задания - номер 3.12, страница 16.

Условие.

3.12. Возьмите из морозильной камеры несколько кусочков льда. В каком случае горячая вода в банке остынет быстрее: когда вы банку поставите на лед в тарелке или когда кусочки льда бросите в банку? Объясните результаты опыта.

Решение.

Решение

Горячая вода в банке остынет значительно быстрее в том случае, когда кусочки льда бросают непосредственно в банку.

Объяснение этого явления заключается в различиях эффективности теплопередачи в двух сценариях.

1. Когда банка с горячей водой стоит на льду, теплообмен происходит в основном через дно банки. Процесс охлаждения в этом случае замедлен по двум причинам: во-первых, тепло должно пройти через стекло, которое является плохим проводником тепла (обладает низкой теплопроводностью); во-вторых, площадь контакта, через которую передается тепло (площадь дна банки), относительно мала.

2. Когда кусочки льда брошены в банку с водой, они оказываются в прямом контакте с горячей водой. Это приводит к гораздо более интенсивному теплообмену:

• Площадь контакта между водой и льдом значительно увеличивается, так как теплообмен происходит по всей поверхности каждого кусочка льда.
• Возникает конвекция. Лед тает, и образующаяся холодная вода, как более плотная, опускается на дно, вытесняя вверх более горячие и менее плотные слои воды. Такое перемешивание воды (конвективные потоки) обеспечивает быструю передачу тепла от всего объема жидкости ко льду, что сильно ускоряет процесс охлаждения.

Таким образом, сочетание большой площади теплообмена и интенсивной конвекции делает охлаждение воды со льдом внутри намного более быстрым, чем охлаждение через дно банки.

Ответ: Горячая вода в банке остынет быстрее, когда кусочки льда бросят в банку. Это происходит потому, что при прямом контакте льда с водой площадь теплообмена больше, и, что более важно, возникает интенсивное перемешивание воды за счет конвекции, что значительно ускоряет процесс передачи тепла.