Номер 9.18, страница 50 - гдз по физике 8 класс задачник Генденштейн, Кирик

Тепловые явления. 9. Домашние экспериментальные задания - номер 9.18, страница 50.

Условие.

9.18. Наполните один стакан доверху горячим чаем, а другой — горячим бульоном. Проверьте, какая из жидкостей быстрее остывает. Объясните результат опыта.

Решение.

Решение

Для того чтобы определить, какая из жидкостей остынет быстрее, необходимо проанализировать процессы теплообмена, происходящие при остывании. Горячая жидкость в стакане теряет тепло несколькими способами:

1. Теплопроводность через стенки и дно стакана.

2. Конвекция (передача тепла потоками воздуха от поверхности жидкости и стенок стакана).

3. Тепловое излучение.

4. Испарение с открытой поверхности жидкости.

В условиях, когда жидкость находится в открытом стакане, наиболее значительный вклад в ее охлаждение вносит процесс испарения. Во время испарения с поверхности жидкости улетают наиболее быстрые молекулы, обладающие наибольшей кинетической энергией. В результате средняя кинетическая энергия оставшихся молекул уменьшается, что и приводит к понижению температуры жидкости.

Ключевое различие между горячим чаем и горячим бульоном заключается в их составе. Чай представляет собой преимущественно водный раствор. Бульон, помимо воды и солей, содержит жиры.

Жир имеет меньшую плотность, чем вода, поэтому он всплывает на поверхность и образует тонкую пленку. Эта жировая пленка выполняет роль теплоизолятора и оказывает существенное влияние на скорость остывания:

- Препятствует испарению: Пленка жира на поверхности бульона создает барьер для молекул воды, значительно замедляя процесс испарения. Поскольку испарение является основным механизмом охлаждения, его подавление замедляет и общее остывание жидкости.

- Снижает конвекцию: Жировая пленка также нарушает естественные конвекционные потоки внутри жидкости, которые способствуют переносу тепла от более горячих нижних слоев к более холодной поверхности.

В стакане с чаем такой пленки нет, его поверхность открыта, и испарение происходит беспрепятственно и интенсивно, что ведет к быстрому охлаждению.

Таким образом, проведя опыт, мы обнаружим, что чай остывает заметно быстрее бульона.

Ответ: Быстрее остывает чай. Причина в том, что на поверхности горячего бульона образуется тонкая пленка жира. Эта пленка замедляет процесс испарения, который является основным механизмом потери тепла для горячей жидкости в открытой посуде. У чая такой пленки нет, поэтому он остывает быстрее за счет интенсивного испарения.