Номер 5, страница 15 - гдз по физике 8 класс дидактические материалы Марон, Марон

Тренировочные задания. Тепловые явления. ТЗ-7. Плавление и отвердевание - номер 5, страница 15.

Условие.

5. Почему ствол орудия не плавится при выстреле, несмотря на то что температура плавления стали $1400\text{ °C}$, а при сгорании пороха в канале ствола орудия температура достигает $3600\text{ °C}$?

Решение.

Решение

Ствол орудия не плавится при выстреле, несмотря на то, что температура пороховых газов ($3600$ °C) значительно выше температуры плавления стали ($1400$ °C), из-за совокупности нескольких физических факторов, ключевым из которых является кратковременность процесса.

Во-первых, выстрел — это чрезвычайно быстрый процесс, который длится всего несколько миллисекунд. За такое короткое время горячие газы просто не успевают передать массивным стенкам ствола достаточное количество теплоты для их нагрева до температуры плавления, а тем более для самого плавления. Для того чтобы расплавить тело, необходимо передать ему энергию не только для нагрева до температуры плавления ($Q_1 = m \cdot c \cdot \Delta T$), но и для самого фазового перехода (плавления), на что требуется дополнительная теплота ($Q_2 = \lambda \cdot m$). Общее количество переданной теплоты зависит от времени контакта, и в данном случае это время ничтожно мало.

Во-вторых, ствол орудия имеет большую массу и, соответственно, большую теплоемкость. Это означает, что для повышения его температуры на каждый градус требуется значительное количество энергии. Тепло, которое все же успевает передаться тонкому внутреннему слою ствола, благодаря высокой теплопроводности стали быстро распределяется по всему объему металла. В результате общая температура ствола после одного выстрела поднимается незначительно, а его внутренняя поверхность не успевает достигнуть точки плавления.

Таким образом, сочетание очень короткого времени воздействия высокой температуры, большой массы и теплоемкости ствола, а также его хорошей теплопроводности предотвращает плавление. Однако стоит отметить, что при интенсивной непрерывной стрельбе (например, из пулемета) тепло накапливается, и ствол может перегреться до критических температур, что приводит к его быстрому износу и деформации.

Ответ: Ствол орудия не плавится, потому что процесс выстрела длится очень короткое время (тысячные доли секунды). За это время массивный ствол с большой теплоемкостью и хорошей теплопроводностью не успевает поглотить от горячих пороховых газов достаточное количество теплоты, чтобы нагреться до температуры плавления.