Обсуди с товарищами, страница 28 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин, Иванов

В ходе лабораторных экспериментов были получены графики зависимости температуры жидкости от времени (рис. 19). Опишите, при каких условиях, с вашей точки зрения, температура жидкости может меняться со временем так, как показано на графиках.

Рис. 19

а) Этот график показывает процесс нагревания жидкости. Температура жидкости со временем растет, начиная с некоторого начального значения (на графике это 0 °C). Скорость нагрева не является постоянной, о чем свидетельствует криволинейная форма графика. Вначале наклон кривой максимален, что означает самую высокую скорость роста температуры. Со временем наклон уменьшается, и скорость нагрева падает.

Такое поведение описывается законом теплообмена Ньютона. Скорость изменения температуры тела пропорциональна разности температур между телом и окружающей средой. В данном случае жидкость помещена в среду с температурой $T_{окр}$, которая выше начальной температуры жидкости $t_0$. Скорость нагрева можно описать выражением: $\frac{\Delta t}{\Delta \tau} \sim (T_{окр} - t)$, где $t$ – текущая температура жидкости.

В начальный момент времени разность температур $(T_{окр} - t)$ максимальна, поэтому жидкость нагревается быстрее всего. По мере роста температуры жидкости $t$ эта разность уменьшается, что приводит к замедлению процесса нагрева. В конечном итоге температура жидкости асимптотически приблизится к температуре окружающей среды $T_{окр}$, и теплообмен прекратится, а температура стабилизируется.

Ответ: График описывает процесс нагревания холодной жидкости, помещенной в среду с постоянной более высокой температурой (например, стакан с холодной водой внесли в теплую комнату или поставили в термостат).

б) Этот график показывает процесс остывания жидкости. Температура жидкости со временем убывает, начиная с некоторого высокого начального значения. Скорость остывания непостоянна. Вначале график имеет наибольший наклон (по модулю), что говорит о максимальной скорости падения температуры. Со временем наклон становится более пологим, то есть процесс остывания замедляется.

Это классический пример, описываемый законом охлаждения Ньютона. Скорость потери тепла телом пропорциональна разности температур между телом и окружающей средой. Температура жидкости $t$ выше температуры окружающей среды $T_{окр}$. Скорость охлаждения можно описать выражением: $\frac{\Delta t}{\Delta \tau} \sim -(t - T_{окр})$.

В начальный момент разность температур $(t - T_{окр})$ максимальна, поэтому жидкость отдает тепло и остывает с наибольшей скоростью. По мере остывания жидкости ее температура $t$ падает, разность температур с окружающей средой уменьшается, и, следовательно, скорость остывания замедляется. В итоге температура жидкости асимптотически стремится к температуре окружающей среды $T_{окр}$.

Ответ: График описывает процесс остывания горячей жидкости, помещенной в среду с постоянной более низкой температурой (например, чашка с горячим чаем остывает при комнатной температуре).