Опыт 3, страница 20 - гдз по физике 8 класс учебник Кронгарт, Насохова

Опыт 3. Наденем на палец сухую пробирку. Поднесем к донышку пробирки спиртовку, как показано на рисунке 4.3. При этом палец долго не будет чувствовать тепло. Это говорит о том, что воздух является плохим проводником тепла.

Рис. 4.3. Теплопроводность воздуха

Опыт 3.

В данном опыте демонстрируется одно из важнейших свойств воздуха – его низкая теплопроводность, благодаря которой воздух является хорошим теплоизолятором. Рассмотрим физические процессы, происходящие в опыте, чтобы понять, почему палец долго не чувствует тепло.

Тепло от пламени спиртовки должно достигнуть пальца, находящегося у отверстия пробирки. Для этого энергия должна пройти через несколько сред:

1. От пламени к внешней поверхности донышка пробирки.

2. Через стеклянное донышко и стенки пробирки.

3. От внутренней поверхности стекла через воздух внутри пробирки к пальцу.

Ключевым для понимания опыта является третий этап – передача тепла через воздух. Существует три вида теплопередачи: теплопроводность, конвекция и излучение.

Теплопроводность

Теплопроводность – это процесс передачи тепловой энергии от более нагретых частей тела к менее нагретым за счет теплового движения и взаимодействия микрочастиц (атомов, молекул). В газах, к которым относится и воздух, молекулы находятся на значительном расстоянии друг от друга и взаимодействуют лишь при столкновениях. Из-за низкой плотности и редких столкновений перенос энергии этим способом происходит очень медленно. Поэтому воздух, как и другие газы, является очень плохим проводником тепла.

Конвекция

Конвекция – это перенос энергии потоками самого вещества (жидкости или газа). Когда воздух у дна пробирки нагревается от горячего стекла, он расширяется, его плотность уменьшается, и под действием силы Архимеда он стремится вверх. На его место должен опуститься более холодный и плотный воздух. Однако в эксперименте пробирка расположена горизонтально. Нагретый легкий воздух поднимается к верхней части пробирки и скапливается там, в то время как холодный воздух остается внизу. Эффективного перемешивания воздуха, которое могло бы быстро перенести тепло к пальцу, не происходит. Таким образом, конструкция опыта специально затрудняет теплопередачу путем конвекции.

Излучение

Тепловое излучение – это перенос энергии в виде электромагнитных волн, которые испускают все нагретые тела. Нагретое донышко пробирки излучает тепло во все стороны, в том числе и в сторону пальца. Однако при тех температурах, до которых нагревается стекло от спиртовки, интенсивность этого излучения невелика, и его вклад в общий перенос тепла на такое расстояние оказывается незначительным.

Вывод из опыта

Поскольку все три механизма теплопередачи через воздух в данном опыте оказываются малоэффективными (теплопроводность очень низкая, конвекция подавлена, а излучение слабое), тепло от нагретого конца пробирки доходит до пальца очень медленно. Это и позволяет сделать вывод, что воздух – плохой проводник тепла.

Ответ:

Данный опыт демонстрирует, что воздух является плохим проводником тепла (хорошим теплоизолятором). Тепло от нагреваемого пламенем донышка пробирки не доходит до пальца в течение длительного времени, так как передача тепла через воздух затруднена. Теплопроводность воздуха очень низка из-за большого расстояния между молекулами, а конвекция (перенос тепла потоками воздуха) ослаблена горизонтальным положением пробирки, которое препятствует циркуляции нагретого и холодного воздуха.