Номер 2, страница 14 - гдз по физике 8 класс самостоятельные и контрольные работы Марон, Марон

Глава 1. Тепловые явления. Самостоятельные работы. СР-11. Удельная теплоёмкость. Вариант 1 - номер 2, страница 14.

Условие.

2. Почему при распиливании пила нагревается сильнее, чем дерево?

Решение.

При распиливании древесины механическая работа, совершаемая против силы трения, переходит во внутреннюю энергию (теплоту), которая распределяется между пилой и деревом. То, что пила нагревается заметно сильнее, объясняется различием их физических свойств.

1. Удельная теплоемкость. Удельная теплоемкость стали, из которой изготавливают пилы, ($c_{стали} \approx 500 \frac{Дж}{кг \cdot К}$) значительно ниже, чем у древесины ($c_{дерева} \approx 1700-2700 \frac{Дж}{кг \cdot К}$). Изменение температуры тела $\Delta T$ связано с полученным количеством теплоты $\text{Q}$, массой $\text{m}$ и удельной теплоемкостью $\text{c}$ соотношением $\Delta T = \frac{Q}{c \cdot m}$. Это означает, что при получении одинакового количества теплоты от трения температура тела с меньшей удельной теплоемкостью (пилы) увеличится на большую величину, чем температура тела с большей теплоемкостью (дерева).

2. Теплопроводность. Сталь является хорошим проводником тепла, а дерево — плохим (теплоизолятором). Тепло, выделяющееся на зубьях пилы в зоне трения, за счет высокой теплопроводности металла быстро распространяется по всему полотну пилы, вызывая ее общий нагрев. В древесине же тепло концентрируется лишь в очень тонком слое, прилегающем к месту распила, а также в образующихся опилках, которые уносят часть тепла. Основная масса деревянного бруска остается практически холодной.

Таким образом, из-за низкой удельной теплоемкости и высокой теплопроводности пила эффективно накапливает тепловую энергию, что приводит к ее сильному нагреву.

Ответ: Пила нагревается сильнее дерева из-за двух ключевых факторов: 1) удельная теплоемкость стали значительно ниже, чем у дерева, поэтому при поглощении одинакового количества теплоты от трения температура пилы повышается сильнее; 2) сталь обладает высокой теплопроводностью, что приводит к быстрому распределению тепла по всему объему пилы, в то время как дерево — теплоизолятор, и тепло в нем распространяется очень медленно, оставаясь локализованным в месте распила.