Номер 50, страница 11 - гдз по физике 8 класс сборник вопросов и задач Марон, Марон

Тепловые явления. Виды теплопередачи: теплопроводность, конвекция, излучение - номер 50, страница 11.

Условие.

50. Что защищает от холода лучше — деревянная стена или слой снега такой же толщины?

Решение.

Решение:

Способность материала защищать от холода (то есть быть хорошим теплоизолятором) определяется его коэффициентом теплопроводности. Чем ниже коэффициент теплопроводности материала, тем хуже он проводит тепло и, соответственно, тем лучше он защищает от холода.

Сравним коэффициенты теплопроводности дерева и снега:

• Коэффициент теплопроводности древесины (например, сосны поперек волокон) составляет в среднем $k_{дерева} \approx 0.15 \, \text{Вт/(м·К)}$. Дерево является хорошим теплоизолятором благодаря своей пористой структуре, содержащей воздух.

• Коэффициент теплопроводности снега сильно зависит от его плотности и структуры. Свежевыпавший, рыхлый снег состоит из ледяных кристаллов и большого количества (до 90-95%) воздуха, заключенного между ними. Воздух является одним из лучших теплоизоляторов (его теплопроводность $k_{воздуха} \approx 0.026 \, \text{Вт/(м·К)}$). Благодаря неподвижному воздуху в своей структуре, рыхлый снег имеет очень низкую теплопроводность, около $k_{снега} \approx 0.05 - 0.1 \, \text{Вт/(м·К)}$.

Сравнивая значения, видим, что теплопроводность рыхлого снега значительно ниже теплопроводности дерева: $k_{снега} < k_{дерева}$.

Термическое сопротивление слоя материала, которое характеризует его теплоизоляционные свойства, рассчитывается по формуле $R = \frac{d}{k}$, где $\text{d}$ — толщина слоя, а $\text{k}$ — коэффициент теплопроводности. При одинаковой толщине $\text{d}$, материал с меньшим коэффициентом теплопроводности $\text{k}$ будет иметь большее термическое сопротивление $\text{R}$. Следовательно, слой снега будет оказывать большее сопротивление потере тепла, чем деревянная стена той же толщины.

Именно поэтому животные зимой зарываются в снег, чтобы согреться, а снежный покров защищает корни растений от вымерзания.

Ответ: Слой снега защищает от холода лучше, чем деревянная стена такой же толщины, поскольку теплопроводность снега (особенно рыхлого) ниже, чем у древесины.