Номер 3, страница 18 - гдз по физике 8 класс дидактические материалы Марон, Марон

Тренировочные задания. Тепловые явления. ТЗ-8. Испарение и конденсация. Влажность воздуха. Кипение - номер 3, страница 18.

Условие.

3. Для охлаждения режущего инструмента иногда охлаждающую жидкость распыляют потоком воздуха на мелкие капли. Почему такой метод более эффективен, чем охлаждение сплошным потоком жидкости?

Решение.

Эффективность охлаждения режущего инструмента путем распыления жидкости на мелкие капли, а не полива сплошным потоком, обусловлена физическими процессами испарения и теплообмена.

Основной механизм охлаждения в данном случае — это фазовый переход жидкости в пар (испарение). Для этого процесса требуется значительное количество энергии, называемое удельной теплотой парообразования $\text{L}$. Эту энергию жидкость забирает непосредственно у нагретого инструмента, тем самым понижая его температуру. Количество отводимой теплоты можно рассчитать по формуле $Q = L \cdot m$, где $\text{m}$ — масса испарившейся жидкости.

Ключевым фактором, определяющим эффективность этого процесса, является скорость испарения. Скорость испарения, в свою очередь, прямо пропорциональна площади свободной поверхности жидкости. Когда жидкость распыляется на множество мелких капель, ее суммарная площадь поверхности резко возрастает по сравнению с площадью поверхности сплошной струи того же объема.

За счет многократного увеличения площади поверхности испарение происходит гораздо интенсивнее. Это означает, что за единицу времени с поверхности инструмента испаряется большее количество жидкости, отводя при этом значительно больше теплоты. Кроме того, поток воздуха, используемый для распыления, также способствует охлаждению за счет конвекции и уносит образовавшийся пар, что еще больше ускоряет процесс испарения.

Ответ: Такой метод более эффективен, потому что при распылении жидкости на мелкие капли многократно увеличивается общая площадь её поверхности. Это приводит к значительно более быстрому и интенсивному испарению, в ходе которого от горячего инструмента отводится большое количество теплоты (за счет поглощения удельной теплоты парообразования), что обеспечивает его эффективное и быстрое охлаждение.