Номер 4, страница 29 - гдз по физике 8 класс учебник Хижнякова, Синявина

Глава 2. Внутренняя энергия. Первый закон термодинамики. Параграф 7. Количество теплоты. Виды теплопередачи. Задания и упражнения - номер 4, страница 29.

Условие.

4. Почему в электрическом чайнике нагревательный элемент располагают на дне, а не сверху?

Решение.

4. Нагревательный элемент в электрическом чайнике располагают на дне для наиболее эффективного и быстрого нагрева всего объема воды. Это обусловлено явлением конвекции, которое является основным способом теплопередачи в жидкостях и газах.

Процесс нагрева происходит следующим образом:

1. Нагревательный элемент, находящийся на дне чайника, передает тепло непосредственно прилегающим к нему нижним слоям воды.

2. При нагревании вода расширяется, ее плотность уменьшается.

3. Согласно закону Архимеда, менее плотная (более легкая) теплая вода поднимается вверх.

4. Ее место занимают более холодные и, следовательно, более плотные и тяжелые слои воды, опускающиеся сверху.

5. Эти холодные слои, опустившись на дно, нагреваются от элемента и также поднимаются вверх.

Таким образом, в чайнике возникают циркулирующие потоки (конвекционные потоки), которые перемешивают воду и обеспечивают быстрый и равномерный прогрев всего ее объема.

Если бы нагревательный элемент располагался сверху, то нагревался бы только верхний слой воды. Этот теплый слой, будучи менее плотным, так и остался бы наверху. Передача тепла к нижним, холодным слоям происходила бы в основном за счет теплопроводности, а вода — плохой проводник тепла. В результате, для нагрева всего объема воды потребовалось бы гораздо больше времени.

Ответ: Нагревательный элемент располагают на дне, чтобы за счет явления конвекции обеспечить быстрый и равномерный нагрев всего объема воды. Нагретые нижние слои поднимаются вверх, а холодные верхние опускаются вниз, создавая естественную циркуляцию.