Номер 3, страница 14 - гдз по физике 8 класс самостоятельные и контрольные работы Марон, Марон

Глава 1. Тепловые явления. Самостоятельные работы. СР-11. Удельная теплоёмкость. Вариант 2 - номер 3, страница 14.

Условие.

3. Железные печи быстрее нагреваются и обогревают комнату, чем кирпичные, но и остывают также быстрее. Почему?

Решение.

Это явление объясняется различием в двух ключевых физических свойствах материалов, из которых сделаны печи: удельной теплоёмкости и теплопроводности.

Нагревание

Удельная теплоёмкость железа ($c_{железа} \approx 450 \frac{Дж}{кг \cdot °C}$) почти в два раза ниже, чем у кирпича ($c_{кирпича} \approx 880 \frac{Дж}{кг \cdot °C}$). Удельная теплоёмкость показывает, какое количество теплоты ($\text{Q}$) необходимо для нагрева тела массой ($\text{m}$) на определённую температуру ($\Delta T$), что описывается формулой $Q = c \cdot m \cdot \Delta T$. Поскольку теплоёмкость железа меньше, для его нагрева до нужной температуры требуется меньше энергии (теплоты) и, следовательно, меньше времени.
Кроме того, железо обладает очень высокой теплопроводностью (около $80 \frac{Вт}{м \cdot К}$) по сравнению с кирпичом (около $0.7 \frac{Вт}{м \cdot К}$). Это означает, что тепло от огня очень быстро передается от внутренних стенок печи к наружным, которые, в свою очередь, начинают эффективно излучать тепло и нагревать воздух в комнате.

Остывание

Процесс остывания подчиняется тем же принципам. Из-за низкой удельной теплоёмкости железная печь при той же массе и температуре накапливает (запасает) значительно меньше тепловой энергии, чем массивная кирпичная печь. Когда огонь гаснет, этот небольшой запас тепла быстро отдается в окружающее пространство. Высокая теплопроводность железа также способствует этой быстрой отдаче.
Кирпичная печь, напротив, благодаря своей высокой теплоёмкости и большой массе способна накопить огромное количество тепла. А из-за низкой теплопроводности кирпич отдает это тепло очень медленно и постепенно, продолжая обогревать помещение в течение многих часов после прогорания топлива.

Ответ: Железные печи быстрее нагреваются и остывают из-за того, что железо имеет низкую удельную теплоёмкость и высокую теплопроводность по сравнению с кирпичом. Низкая теплоёмкость означает, что для нагрева железа требуется меньше энергии, а высокая теплопроводность позволяет ему быстро как поглощать тепло от огня, так и отдавать его в окружающее пространство.