Номер 4.24, страница 20 - гдз по физике 8 класс задачник Генденштейн, Кирик

Тепловые явления. 4. Удельная теплоемкость. Уравнение теплового баланса - номер 4.24, страница 20.

Условие.

4.24. Почему вода в озере остывает за ночь гораздо меньше, чем песок на пляже?

Решение.

4.24. Почему вода в озере остывает за ночь гораздо меньше, чем песок на пляже?

Это явление объясняется несколькими ключевыми физическими причинами, главной из которых является разница в удельной теплоемкости воды и песка.

1. Удельная теплоемкость. Это количество теплоты, которое необходимо подвести к единице массы вещества, чтобы изменить его температуру на один градус. У воды одна из самых высоких удельных теплоемкостей. Удельная теплоемкость воды ($c_{воды}$) составляет примерно $4200 \, \frac{Дж}{кг \cdot °C}$, в то время как у сухого песка ($c_{песка}$) она значительно ниже — около $830 \, \frac{Дж}{кг \cdot °C}$.

Это означает, что для нагрева 1 кг воды на 1°C требуется почти в 5 раз больше энергии, чем для нагрева 1 кг песка. Следовательно, при остывании вода должна отдать такое же большое количество теплоты, чтобы ее температура понизилась. Днем и вода, и песок получают энергию от Солнца. Песок из-за низкой теплоемкости быстро и сильно нагревается. Вода же, поглощая много энергии, нагревается медленно. Ночью оба тела отдают накопленное тепло. Песок, накопивший относительно мало тепла, быстро его отдает и сильно остывает. Вода, накопившая за день огромное количество тепловой энергии, отдает ее очень медленно, поэтому ее температура за ночь снижается незначительно.

2. Конвекция. Вода — это жидкость, в которой возможна конвекция (перемещение масс жидкости). Когда верхний слой воды в озере ночью остывает, он становится плотнее и опускается вниз, а на его место поднимаются более теплые слои с глубины. Этот процесс постоянного перемешивания эффективно замедляет остывание всей массы воды. Песок — твердое тело, в нем тепло передается в основном за счет теплопроводности, которая гораздо медленнее, поэтому остывает в основном только поверхностный слой.

3. Прозрачность. Вода прозрачна, и солнечные лучи проникают на несколько метров вглубь, прогревая большой объем. Песок же непрозрачен, поэтому вся энергия Солнца поглощается лишь тонким поверхностным слоем, который в результате сильно нагревается.

Таким образом, сочетание высокой удельной теплоемкости, конвективного перемешивания и прозрачности приводит к тому, что вода в озере является отличным аккумулятором тепла и изменяет свою температуру гораздо медленнее, чем песок.

Ответ: Вода в озере остывает значительно медленнее песка в основном из-за своей очень высокой удельной теплоемкости (примерно в 5 раз выше, чем у песка), что заставляет ее медленно накапливать и медленно отдавать тепло. Также этому способствуют конвекционные потоки, перемешивающие воду, и ее прозрачность, позволяющая прогреваться большому объему.