Номер 3.19, страница 17 - гдз по физике 8 класс задачник Генденштейн, Кирик

Тепловые явления. 3. Домашние экспериментальные задания - номер 3.19, страница 17.

Условие.

3.19. В два одинаковых стакана налейте поровну горячей воды. В один из стаканов добавьте 4–5 капель подсолнечного масла. Через 5 мин измерьте температуру воды в обоих стаканах. Объясните, почему температура воды в стаканах неодинакова.

Решение.

Решение

Охлаждение горячей воды в стаканах происходит за счет теплообмена с окружающей средой. Этот процесс включает в себя несколько механизмов: теплопроводность (через стенки и дно стакана), тепловое излучение и, что особенно важно для открытой поверхности, конвекцию и испарение.

В первом стакане, где находится только горячая вода, происходит интенсивное испарение с открытой поверхности. Процесс испарения — это переход вещества из жидкого состояния в газообразное. При этом с поверхности улетают наиболее быстрые молекулы, обладающие достаточной кинетической энергией, чтобы преодолеть силы межмолекулярного притяжения. В результате средняя кинетическая энергия оставшихся молекул, а следовательно, и температура воды, уменьшается. Испарение является очень эффективным способом охлаждения.

Во втором стакане на поверхность воды добавили подсолнечное масло. Поскольку плотность масла меньше плотности воды, оно не тонет, а растекается по поверхности, образуя тонкую пленку. Эта масляная пленка создает барьер между водой и воздухом. Она значительно затрудняет процесс испарения воды, так как молекулам воды становится гораздо сложнее покинуть поверхность. Кроме того, эта пленка также уменьшает теплоотдачу путем конвекции с поверхности воды в воздух.

Таким образом, из-за того, что в стакане с маслом подавлены основные механизмы охлаждения с открытой поверхности (испарение и конвекция), вода в нем будет остывать значительно медленнее, чем в стакане без масла.

Ответ:

Температура воды в стаканах неодинакова, потому что слой подсолнечного масла на поверхности воды в одном из стаканов препятствует испарению и уменьшает теплообмен с воздухом за счет конвекции. Поскольку испарение является основным процессом, приводящим к охлаждению горячей воды, вода в стакане с маслом остывает медленнее. Поэтому через 5 минут ее температура будет выше, чем в стакане с чистой водой.