Номер 2, страница 10 - гдз по физике 8 класс дидактические материалы Марон, Марон

Тренировочные задания. Тепловые явления. ТЗ-4. Количество теплоты - номер 2, страница 10.

Условие.

2. Для придания необходимых свойств инструменты (резцы, зубила, свёрла) нагревают до высокой температуры (700—1000 °С) и затем охлаждают (закаливают) в воде, машинном масле или воздухе. В какой среде охлаждение идёт быстрее?

Решение.

Решение

Скорость охлаждения (закалки) нагретого инструмента зависит от физических свойств среды, в которую его погружают. Основным механизмом передачи тепла в данном случае является конвекция, эффективность которой определяется теплопроводностью, удельной теплоёмкостью и плотностью охлаждающей среды.

Сравним три среды, указанные в задаче:

1. Вода: обладает очень высокой удельной теплоёмкостью ($c_{воды} \approx 4200 \frac{Дж}{кг \cdot K}$) и хорошей теплопроводностью. При погружении раскаленного металла в воду она интенсивно испаряется на его поверхности, что вместе с активной конвекцией обеспечивает очень быстрый отвод тепла. Это самая "жёсткая" и быстрая охлаждающая среда.

2. Машинное масло: его теплоёмкость ($c_{масла} \approx 1700-2100 \frac{Дж}{кг \cdot K}$) и теплопроводность ниже, чем у воды, но значительно выше, чем у воздуха. Охлаждение в масле происходит медленнее, чем в воде, но быстрее, чем на воздухе. Это обеспечивает более "мягкую" закалку, снижая риск появления трещин в инструменте.

3. Воздух: как газ, воздух имеет низкую плотность, низкую теплопроводность и низкую удельную теплоёмкость. Отвод тепла в воздухе происходит значительно медленнее, чем в жидкостях, в основном за счёт естественной конвекции и излучения. Это самый медленный способ охлаждения.

Таким образом, расположив среды по убыванию скорости охлаждения в них, получим следующий ряд: вода, машинное масло, воздух.

Ответ: Охлаждение идёт быстрее всего в воде.