Номер 76, страница 14 - гдз по физике 8 класс сборник вопросов и задач Марон, Марон

Тепловые явления. Виды теплопередачи: теплопроводность, конвекция, излучение - номер 76, страница 14.

Условие.

76. Известно, что чем выше температура тела, тем больше энергии передаёт оно излучением. Этот факт можно продемонстрировать на опыте при помощи электрической плитки, у которой можно изменять температуру нагрева поверхности, и теплоприёмника. Опишите экспериментальную установку (рис. 11), ход и результаты опыта.

Рис. 11

Решение.

Экспериментальная установка

Экспериментальная установка (рис. 11) состоит из трех основных частей:

1. Источник излучения: электрическая плитка со спиралью накаливания, имеющая регулятор для изменения температуры нагрева.

2. Приёмник излучения (теплоприёмник): полая металлическая коробочка, одна из сторон которой покрыта черной матовой краской для лучшего поглощения теплового излучения. Теплоприёмник соединен герметичной трубкой с измерительным прибором.

3. Индикатор поглощенной энергии: жидкостный U-образный манометр. Он соединен с теплоприёмником. Когда воздух внутри теплоприёмника нагревается, он расширяется и давит на жидкость в манометре, вызывая изменение уровней жидкости в его коленах. Разность уровней является мерой количества поглощенной энергии.

Источник и приёмник излучения устанавливаются на штативах на некотором расстоянии друг от друга так, чтобы спираль плитки и зачерненная поверхность теплоприёмника были обращены друг к другу.

Ответ: Экспериментальная установка состоит из электрической плитки (источник излучения), теплоприёмника (поглотитель излучения) и соединенного с ним жидкостного манометра (индикатор).

Ход опыта

1. Устанавливаем плитку и теплоприёмник на фиксированном расстоянии друг от друга. Ждем, пока уровни жидкости в манометре установятся на нулевой отметке, что свидетельствует о равенстве температур установки и окружающей среды.

2. Включаем электрическую плитку на минимальную мощность (низкая температура). Наблюдаем за манометром. По мере нагрева плитки, она начинает излучать тепловую энергию, которая поглощается теплоприёмником. Воздух в теплоприёмнике нагревается, расширяется и смещает столбик жидкости в манометре. Фиксируем установившуюся разность уровней $h_1$.

3. Увеличиваем мощность плитки, тем самым повышая её температуру. Не меняем расстояние между плиткой и теплоприёмником.

4. Снова наблюдаем за манометром. Уровни жидкости в нем изменятся еще сильнее. После стабилизации новой температуры плитки, фиксируем новую, большую разность уровней $h_2$.

Ответ: В ходе опыта сначала фиксируют показания манометра при нагреве плитки до невысокой температуры, а затем – при нагреве до более высокой температуры, не изменяя взаимного расположения приборов.

Результаты опыта

В результате опыта будет обнаружено, что разность уровней жидкости в манометре при более высокой температуре плитки ($h_2$) оказывается больше, чем при более низкой температуре ($h_1$), то есть $h_2 > h_1$.

Поскольку разность уровней в манометре пропорциональна изменению давления, а следовательно, и изменению температуры воздуха в теплоприёмнике, можно сделать вывод, что при более высокой температуре плитки теплоприёмник поглотил большее количество энергии за то же время. Так как все условия, кроме температуры источника, оставались неизменными, это означает, что тело с более высокой температурой излучает больше энергии.

Таким образом, опыт демонстрирует прямую зависимость мощности теплового излучения от температуры тела: чем выше температура тела, тем больше энергии оно излучает.

Ответ: Опыт показывает, что при увеличении температуры нагрева плитки увеличивается разность уровней в манометре, что доказывает: тело с более высокой температурой излучает больше энергии.