Номер 17, страница 8 - гдз по физике 8 класс дидактические материалы Марон, Марон

Тренировочные задания. Тепловые явления. ТЗ-З. Виды теплопередачи - номер 17, страница 8.

Условие.

17. а) В какой трубе лучше образуется тяга — в кирпичной или металлической, если они имеют одинаковую высоту?

б) Почему в то время, когда в комнате начинает топиться печь, наблюдается понижение температуры?

Решение.

а) Тяга в дымовой трубе возникает из-за разницы давлений, которая создается разницей плотностей горячего газа внутри трубы и холодного воздуха снаружи. Величина тяги (разность давлений) определяется формулой: $ \Delta P = (\rho_{возд} - \rho_{газ}) \cdot g \cdot h $, где $ \rho_{возд} $ – плотность наружного воздуха, $ \rho_{газ} $ – средняя плотность газов внутри трубы, $ g $ – ускорение свободного падения, а $ h $ – высота трубы.

Плотность газа обратно пропорциональна его абсолютной температуре ($ \rho \sim 1/T $). Следовательно, чем выше температура газов в трубе, тем меньше их плотность и тем сильнее тяга.

Металл обладает высокой теплопроводностью. Из-за этого металлическая труба быстро отдает тепло в окружающую среду, и дымовые газы, поднимаясь по ней, сильно остывают. Охлаждение газов увеличивает их плотность, что приводит к ослаблению тяги. В то же время кирпич имеет низкую теплопроводность и хорошо сохраняет тепло. Поэтому газы внутри кирпичной трубы остывают значительно медленнее, поддерживая высокую температуру по всей высоте. Это обеспечивает более низкую среднюю плотность газов и, как следствие, более сильную и стабильную тягу.

Таким образом, при одинаковой высоте тяга лучше образуется в кирпичной трубе.

Ответ: Тяга лучше образуется в кирпичной трубе, так как кирпич обладает меньшей теплопроводностью по сравнению с металлом и лучше сохраняет высокую температуру дымовых газов. Это создает большую разность плотностей (и давлений) между столбом газа в трубе и окружающим воздухом, что и обеспечивает более сильную тягу.

б) Понижение температуры в комнате в начале топки печи объясняется необходимостью притока воздуха для поддержания процесса горения.

Для горения топлива в печи требуется кислород, который печь забирает из воздуха в комнате. Нагретые продукты горения (дым) вместе с частью воздуха уходят через дымоход наружу благодаря тяге. Чтобы восполнить ушедший воздух, в комнату через щели в окнах, дверях и вентиляционные отверстия поступает новый воздух с улицы. В холодное время года уличный воздух имеет более низкую температуру, чем воздух в помещении.

В самом начале, когда печь еще не успела достаточно прогреться и начать интенсивно излучать тепло в комнату, скорость притока холодного уличного воздуха оказывается больше, чем скорость нагрева комнаты печью. Этот приток холодного воздуха и вызывает временное понижение общей температуры в комнате. Когда печь разгорится, количество выделяемого ею тепла превысит охлаждающий эффект от притока воздуха, и температура в комнате начнет повышаться.

Ответ: В начале топки печь для поддержания горения забирает теплый воздух из комнаты и выбрасывает его через трубу. На его место через щели поступает холодный воздух с улицы. Пока печь не прогрелась и не начала интенсивно отдавать тепло, приток холодного воздуха приводит к временному понижению температуры в помещении.