Номер 68, страница 12 - гдз по физике 8 класс сборник вопросов и задач Марон, Марон

Тепловые явления. Виды теплопередачи: теплопроводность, конвекция, излучение - номер 68, страница 12.

Условие.

68. Почему на искусственных спутниках Земли затруднён отвод тепла от нагретых предметов?

Решение.

Решение

Отвод тепла от нагретых предметов на искусственных спутниках Земли затруднён из-за особенностей окружающей среды — космического вакуума и состояния невесомости (микрогравитации). В земных условиях передача тепла происходит тремя способами: теплопроводностью, конвекцией и излучением. В космосе два из этих механизмов оказываются неэффективными.

1. Отсутствие конвекции. Конвекция — это перенос тепла потоками жидкости или газа. На Земле нагретый предмет передает тепло окружающему воздуху. Нагретый воздух расширяется, его плотность уменьшается, и под действием силы тяжести он поднимается вверх, а его место занимает более холодный и плотный воздух. Так возникает конвекционный поток, эффективно уносящий тепло. В космосе спутник окружен вакуумом, то есть среда для конвекции отсутствует. Даже внутри герметичного отсека спутника, где есть воздух, естественная конвекция почти не происходит из-за состояния невесомости. Без силы тяжести нет архимедовой силы, и нагретый воздух не "всплывает", а скапливается вокруг источника тепла, образуя "тепловую подушку" и препятствуя дальнейшему охлаждению.

2. Отсутствие теплопроводности во внешнюю среду. Теплопроводность — это передача тепла при непосредственном контакте. Поскольку спутник находится в вакууме, он не контактирует с другими телами, которым мог бы передать избыток тепла. Вакуум является отличным теплоизолятором, поэтому отвод тепла вовне за счёт теплопроводности невозможен.

Таким образом, единственным способом для спутника отдать тепло в окружающее пространство является тепловое излучение. Любое тело с температурой выше абсолютного нуля излучает электромагнитные волны (в основном инфракрасные), которые уносят энергию. Этот процесс не требует наличия среды. Однако, чтобы эффективно отводить большое количество тепла, выделяемого аппаратурой и получаемого от Солнца, спутники приходится оснащать специальными системами охлаждения с радиаторами большой площади, что является сложной инженерной задачей.

Ответ: Отвод тепла на искусственных спутниках затруднён, потому что в условиях вакуума и невесомости из трёх механизмов теплопередачи (теплопроводность, конвекция, излучение) эффективно работает только один — излучение. Конвекция невозможна из-за отсутствия окружающей среды и невесомости, а теплопроводность во внешнюю среду — из-за отсутствия контакта с другими телами.