Номер 2, страница 27 - гдз по физике 8 класс самостоятельные и контрольные работы Марон, Марон

Глава 1. Тепловые явления. Самостоятельные работы. СР-22. Удельная теплота парообразования. Вариант 1 - номер 2, страница 27.

Условие.

2. Почему мы не получаем ожога, если кратковременно касаемся горячего утюга мокрым пальцем?

Решение.

Решение

Когда мокрый палец кратковременно касается горячего утюга, мы не получаем ожога благодаря явлению, известному как эффект Лейденфроста. Это физическое явление заключается в том, что жидкость в контакте с твёрдой поверхностью, температура которой значительно выше точки кипения этой жидкости, создаёт изолирующую паровую прослойку, которая замедляет теплопередачу.

Процесс можно разложить на несколько ключевых этапов.

Во-первых, происходит мгновенное испарение. Температура поверхности горячего утюга (обычно 120-200°C) значительно превышает температуру кипения воды ($100°C$ при нормальном атмосферном давлении). При контакте мокрого пальца с утюгом, тонкий слой воды, непосредственно соприкасающийся с горячей поверхностью, мгновенно превращается в пар.

Во-вторых, образуется паровая подушка. Этот быстро образовавшийся пар создаёт между пальцем и поверхностью утюга тонкую прослойку.

В-третьих, эта паровая подушка обладает низкой теплопроводностью. Водяной пар проводит тепло гораздо хуже, чем жидкая вода или металл утюга. Поэтому паровая прослойка действует как эффективный теплоизолятор, резко снижая скорость передачи тепла от утюга к коже пальца.

В-четвертых, происходит поглощение энергии. Основная часть тепловой энергии, которую утюг успевает передать за короткое время контакта, расходуется на процесс парообразования — превращение воды в пар. Этот фазовый переход требует значительного количества энергии, которое описывается формулой $Q = L \cdot m$, где $\text{L}$ — удельная теплота парообразования воды (очень высокая, около $2,26 \cdot 10^6$ Дж/кг), а $\text{m}$ — масса испарившейся воды. Таким образом, вода поглощает тепло, которое иначе повредило бы кожу.

Наконец, ключевую роль играет кратковременность контакта. Защитный эффект длится очень недолго, пока на пальце есть вода и существует паровая прослойка. Если бы контакт был длительным, вся вода бы испарилась, паровая подушка исчезла, и кожа получила бы сильный ожог от прямого контакта с горячим металлом.

Ответ: Мы не получаем ожог при кратковременном касании горячего утюга мокрым пальцем из-за эффекта Лейденфроста. Вода на пальце мгновенно закипает, создавая между кожей и утюгом тонкую паровую прослойку. Эта прослойка имеет низкую теплопроводность и действует как изолятор, значительно замедляя передачу тепла к коже. Кроме того, процесс превращения воды в пар поглощает большое количество тепловой энергии, которая в противном случае вызвала бы ожог.