Номер 2, страница 22 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин, Иванов

2. В каком случае наполненная до краёв кастрюля с кипятком остынет скорее: когда её поставили на лёд или когда лёд положили на крышку кастрюли?

2. Решение

Для решения этой задачи необходимо проанализировать механизмы теплопередачи, которые будут преобладать в каждом из двух случаев. Основную роль в быстром охлаждении жидкости играет конвекция — процесс переноса тепла потоками самой жидкости.

Случай 1: Кастрюля стоит на льду.

В этом случае тепло от кастрюли отводится снизу. Нижний слой воды в кастрюле, контактируя с холодным дном, остывает. При охлаждении вода становится более плотной и, следовательно, более тяжёлой. Так как этот холодный и плотный слой воды уже находится внизу, он там и остаётся. Тёплая, менее плотная вода остаётся наверху. Перенос тепла от верхних слоёв к нижним происходит в основном за счёт теплопроводности. Вода является плохим проводником тепла, поэтому процесс остывания всего объёма будет происходить медленно. Естественная конвекция (перемешивание) в этом случае практически отсутствует.

Случай 2: Лёд лежит на крышке кастрюли.

В этом случае тепло отводится сверху. Верхний слой воды, контактируя с холодной крышкой, остывает. Становясь более плотным и тяжёлым, этот слой воды начинает опускаться на дно. Его место занимает более тёплая и менее плотная вода из нижних слоёв, которая поднимается вверх. Этот процесс создаёт непрерывные циркуляционные потоки внутри кастрюли — конвекцию. Благодаря интенсивному перемешиванию всей массы воды, тепло от всего объёма быстро переносится к верхней поверхности и отводится льдом. Такой механизм охлаждения гораздо эффективнее.

Таким образом, из-за возникновения интенсивных конвекционных потоков, кастрюля остынет значительно быстрее, если охлаждать её сверху.

Ответ: наполненная до краёв кастрюля с кипятком остынет скорее, когда лёд положили на крышку кастрюли.