Номер 3, страница 11 - гдз по физике 8 класс самостоятельные и контрольные работы Марон, Марон

Глава 1. Тепловые явления. Самостоятельные работы. СР-8. Конвекция. Вариант 1 - номер 3, страница 11.

Условие.

3. Почему кофе, чай, суп быстрее охлаждаются, когда их перемешивают? Ответ поясните.

Решение.

Перемешивание горячих напитков, таких как кофе, чай или суп, ускоряет их охлаждение, так как при этом интенсифицируются процессы теплообмена с окружающей средой. Этот эффект обусловлен тремя основными факторами:

1. Усиление конвекции. В неподвижной жидкости тепло передается от горячих внутренних слоев к более холодным внешним (поверхности и стенкам сосуда) в основном за счет естественной конвекции. Этот процесс относительно медленный. Перемешивание ложкой создает принудительную конвекцию: горячие слои жидкости из центра и со дна активно перемещаются к поверхности, где происходит отдача тепла в воздух, и к стенкам чашки. Это значительно ускоряет перенос тепла внутри жидкости и, как следствие, ее общее охлаждение.

2. Ускорение испарения. Одним из самых эффективных механизмов охлаждения является испарение с поверхности жидкости. Для перехода из жидкого состояния в газообразное (пар) молекулы должны затратить энергию, которую они забирают у оставшейся жидкости, понижая ее температуру. Когда мы перемешиваем напиток, на его поверхность постоянно выносятся более горячие слои. Это увеличивает температуру поверхности и, соответственно, скорость испарения. Чем больше жидкости испаряется, тем быстрее она остывает.

3. Разрушение пограничных слоев. У поверхностей, где происходит теплообмен (на границе жидкости с воздухом и со стенками чашки), образуются тонкие пограничные слои. Например, над поверхностью чая скапливается слой теплого и влажного воздуха, который препятствует дальнейшему испарению и теплоотдаче. Аналогично, у стенок чашки образуется слой немного остывшей жидкости. Перемешивание разрушает эти теплоизолирующие слои, обеспечивая постоянный приток горячей жидкости к стенкам и замену нагретого воздуха над поверхностью на более холодный и сухой комнатный воздух, что интенсифицирует все процессы теплообмена.

Ответ: Кофе, чай и суп охлаждаются быстрее при перемешивании, потому что оно усиливает теплообмен с окружающей средой. Это происходит за счет создания принудительной конвекции (быстрого переноса горячей жидкости к поверхностям охлаждения), ускорения испарения (наиболее эффективного механизма охлаждения) и разрушения теплоизолирующих пограничных слоев у поверхности и стенок сосуда.