Вариант 8, страница 66 - гдз по физике 8 класс дидактические материалы Марон, Марон

Самостоятельные работы. СР-2. Виды теплопередачи - страница 66.

Условие.

Вариант 8

1. Трубы водяного отопления, проходящие через подвал, оборачивают асбестом или войлоком. Зачем это делают?

2. Почему в печах с высокими трубами тяга больше, чем в печах с низкими трубами?

3. Земля непрерывно излучает энергию в космическое пространство. Почему же Земля не «замерзает»?

Решение.

1. Трубы водяного отопления, проходящие через подвал, оборачивают асбестом или войлоком с целью теплоизоляции. Подвальные помещения обычно не отапливаются, и температура в них значительно ниже, чем в жилых комнатах. Горячая вода, циркулирующая в трубах, является носителем тепловой энергии, предназначенной для обогрева помещений.

Без изоляции трубы будут интенсивно отдавать тепло холодному воздуху и конструкциям подвала. Этот процесс теплопередачи (в основном за счет конвекции и излучения) приводит к значительным теплопотерям. В результате вода, доходя до радиаторов в комнатах, будет уже частично остывшей, что снизит эффективность отопления и потребует большего расхода топлива или электроэнергии для поддержания комфортной температуры.

Асбест и войлок являются материалами с низкой теплопроводностью, то есть хорошими теплоизоляторами. Слой такого материала вокруг трубы создает барьер, который замедляет передачу тепла от горячей трубы к холодной окружающей среде. Таким образом, теплоизоляция помогает сохранить температуру теплоносителя, обеспечивая его доставку к радиаторам с минимальными потерями, что повышает общую эффективность и экономичность системы отопления.

Ответ: Трубы отопления в подвале оборачивают теплоизоляционными материалами (асбестом, войлоком) для уменьшения потерь тепла в неотапливаемом помещении, что позволяет повысить эффективность системы отопления и сэкономить энергию.

2. Тяга в печах с высокими трубами больше, чем с низкими, из-за физического явления, называемого "эффект дымовой трубы" (естественная конвекция). Тяга — это разница давлений, которая заставляет газы двигаться по трубе вверх.

При сгорании топлива в печи образуются горячие газы. Согласно закону Гей-Люссака, при нагревании газ расширяется, и его плотность уменьшается. Таким образом, столб горячих газов внутри дымовой трубы имеет меньшую плотность, чем окружающий его более холодный атмосферный воздух.

По закону Архимеда, на этот столб легкого горячего газа действует выталкивающая сила со стороны более плотного холодного воздуха. Эта сила и создает тягу, которая выталкивает продукты сгорания вверх и затягивает в топку свежий воздух, необходимый для поддержания горения.

Величина этой силы, а значит и тяги, определяется разностью гидростатических давлений столба наружного воздуха и столба горячего газа той же высоты. Эта разность давлений $ \Delta P $ вычисляется по формуле:

$ \Delta P = (\rho_{out} - \rho_{in}) \cdot g \cdot h $

где $ \rho_{out} $ — плотность холодного наружного воздуха, $ \rho_{in} $ — средняя плотность горячих газов в трубе, $ g $ — ускорение свободного падения, а $ h $ — высота трубы.

Из формулы видно, что разница давлений $ \Delta P $ (тяга) прямо пропорциональна высоте трубы $ h $. Следовательно, чем выше труба, тем больше весовая разница между столбом горячего газа внутри и столбом холодного воздуха снаружи, что создает большую разницу давлений и, соответственно, более сильную тягу.

Ответ: Тяга в печной трубе создается разностью давлений, которая прямо пропорциональна высоте трубы. В более высокой трубе находится более высокий столб легкого горячего газа, на который действует большая выталкивающая сила со стороны окружающего холодного воздуха, что и приводит к усилению тяги.

3. Земля не «замерзает», несмотря на непрерывное излучение энергии в космос, потому что она находится в состоянии динамического теплового равновесия. Это означает, что планета не только теряет, но и постоянно получает энергию, и в среднем эти два процесса уравновешивают друг друга.

Основным источником энергии для Земли является Солнце. Наша планета постоянно поглощает солнечное излучение, которое нагревает ее поверхность и атмосферу. Этот приток энергии компенсирует потери тепла за счет собственного теплового излучения Земли в космическое пространство.

Процесс выглядит следующим образом:
1. Приток энергии: Земля поглощает коротковолновую солнечную радиацию (видимый свет, ультрафиолет).
2. Отток энергии: Нагретая поверхность Земли излучает энергию обратно в космос в виде длинноволнового инфракрасного излучения.

Равновесие наступает, когда количество поглощаемой солнечной энергии становится примерно равным количеству излучаемой тепловой энергии. Именно этот баланс поддерживает среднюю температуру на Земле на относительно стабильном уровне, делая ее пригодной для жизни.

Важную роль в поддержании температуры играет также парниковый эффект. Атмосфера Земли, содержащая парниковые газы (водяной пар, углекислый газ), частично задерживает уходящее инфракрасное излучение, не давая планете остыть слишком сильно. Кроме того, существует небольшой приток тепла из недр самой Земли (геотермальная энергия), но его вклад в общий тепловой баланс поверхности незначителен по сравнению с энергией Солнца.

Ответ: Земля не замерзает, потому что потери энергии за счет излучения в космос компенсируются постоянным притоком энергии от Солнца. Планета находится в состоянии теплового равновесия, при котором количество получаемой и теряемой энергии примерно одинаково.