Номер 1, страница 21 - гдз по физике 8 класс учебник Кронгарт, Насохова

1. Возьмите две одинаковые пластиковые бутылки. Налейте в них теплую воду 40 °C. Одну бутылку заверните махровым полотенцем, вторую оставьте в прежнем состоянии. Замерьте температуру обеих бутылок через 3-4 часа. Как вы думаете, какая из них окажется теплее? Почему?

1. Дано:

Бутылка 1 и Бутылка 2 — две одинаковые пластиковые бутылки.
Начальная температура воды в обеих бутылках: $t_{начальная} \approx 40^\circ\text{C}$.
Бутылка 1 завернута в махровое полотенце.
Бутылка 2 не завернута.
Время наблюдения: $\Delta t = 3-4$ часа.
Температура окружающей среды $t_{окр}$ ниже температуры воды.

Найти:

Сравнить конечную температуру воды в бутылке 1 ($T_1$) и в бутылке 2 ($T_2$) через 3-4 часа. Какая из них будет выше?

Решение:

Поскольку начальная температура воды в обеих бутылках выше температуры окружающей среды, обе бутылки будут отдавать тепло в окружающее пространство, то есть остывать. Этот процесс называется теплопередачей.

Скорость остывания зависит от того, насколько хорошо тело изолировано от окружающей среды.

Бутылка 2, не имеющая никакой изоляции, будет терять тепло достаточно быстро через свои стенки. Тепло будет уходить за счет теплопроводности материала бутылки, а также за счет конвекции и теплового излучения с ее внешней поверхности.

Бутылка 1 завернута в махровое полотенце. Махровое полотенце, благодаря своей ворсистой и рыхлой структуре, содержит между волокнами много воздуха. Воздух является очень плохим проводником тепла (обладает низкой теплопроводностью). Таким образом, полотенце выступает в роли теплоизолятора. Оно создает барьер, который значительно замедляет процесс передачи тепла от бутылки с водой в окружающую среду.

Из-за наличия теплоизолирующего слоя у бутылки 1 скорость потери тепла у нее будет значительно ниже, чем у бутылки 2. Следовательно, за один и тот же промежуток времени (3-4 часа) бутылка 1 отдаст меньше тепла, чем бутылка 2.

В результате этого, по истечении указанного времени, температура воды в завернутой бутылке ($T_1$) окажется выше, чем температура воды в незавернутой бутылке ($T_2$).

Ответ: Теплее окажется вода в бутылке, которая была завернута в махровое полотенце. Это связано с тем, что полотенце является теплоизолятором: оно замедляет процесс теплообмена с окружающей средой, благодаря чему вода в этой бутылке остывает медленнее.