Номер 4.14, страница 19 - гдз по физике 8 класс задачник Генденштейн, Кирик

Тепловые явления. 4. Удельная теплоемкость. Уравнение теплового баланса - номер 4.14, страница 19.

Условие.

4.14. Почему реки и озера нагреваются солнечными лучами медленнее, чем суша?

Решение.

Реки и озера нагреваются солнечными лучами медленнее суши из-за совокупности нескольких физических факторов, связанных с фундаментальными различиями в свойствах воды и горных пород, из которых состоит суша.

1. Высокая удельная теплоемкость воды

Удельная теплоемкость – это физическая величина, показывающая, какое количество теплоты необходимо сообщить единице массы вещества, чтобы нагреть его на единицу температуры. У воды одно из самых высоких значений удельной теплоемкости среди всех веществ: $c_{воды} \approx 4200 \, \frac{\text{Дж}}{\text{кг} \cdot \text{°C}}$. Для сравнения, у суши (песка, почвы) этот показатель значительно ниже: $c_{суши} \approx 800 \, \frac{\text{Дж}}{\text{кг} \cdot \text{°C}}$. Это означает, что для нагрева 1 кг воды на 1°C требуется примерно в 5 раз больше энергии, чем для нагрева 1 кг песка. При одинаковом потоке солнечной энергии вода будет нагреваться значительно медленнее.

2. Прозрачность и перемешивание воды

Солнечные лучи проникают в толщу воды на глубину до нескольких метров, прогревая не только поверхность, но и нижележащие слои. Таким образом, полученная энергия распределяется в большом объеме. Суша же непрозрачна, и почти вся солнечная энергия поглощается ее тонким поверхностным слоем, что приводит к его быстрому и сильному нагреву.

Кроме того, в воде (которая является жидкостью) постоянно происходит перемешивание слоев благодаря ветру и конвекции (теплые, менее плотные слои поднимаются, а холодные и более плотные опускаются). Это способствует равномерному распределению тепла по всему объему водоема, что также замедляет рост температуры его поверхности. В твердой суше тепло передается вглубь только за счет медленного процесса теплопроводности.

3. Затраты энергии на испарение

Значительная часть энергии, получаемой водой от Солнца, расходуется на процесс испарения. Для перехода из жидкого состояния в газообразное (пар) вода должна поглотить большое количество энергии (скрытую теплоту парообразования). Этот процесс отводит тепло от поверхности водоема, эффективно охлаждая ее и замедляя общий нагрев.

Ответ: Реки и озера нагреваются медленнее суши, потому что вода обладает очень высокой удельной теплоемкостью (требует больше энергии для нагрева), прозрачна для солнечных лучей и постоянно перемешивается (тепло распределяется в большом объеме), а также значительная часть энергии тратится на испарение, что охлаждает поверхность.