Страница 61 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин, Иванов

УПРАЖНЕНИЕ 15

1. Сильный ветер после дождя способствует заметному понижению температуры воздуха. Почему?

1. Понижение температуры воздуха после дождя при сильном ветре связано с физическим явлением испарения.

После дождя на поверхностях (земле, асфальте, зданиях, растениях) остается много воды. Эта вода начинает испаряться, то есть переходить из жидкого состояния в газообразное (водяной пар). Процесс испарения является эндотермическим, что означает, что для его осуществления требуется энергия. Эту энергию (теплоту парообразования) вода забирает из своего окружения: от поверхностей, на которых она находится, и от приземного слоя воздуха.

Сильный ветер играет ключевую роль в интенсификации этого процесса. Он выполняет две функции:

1. Уносит насыщенный влагой воздух, который образуется непосредственно над испаряющей поверхностью.
2. Приносит на его место новые, более сухие порции воздуха.

Это приводит к тому, что испарение происходит значительно быстрее, чем в безветренную погоду. Чем выше скорость испарения, тем больше тепла в единицу времени отнимается у окружающей среды. В результате интенсивного отбора тепла температура воздуха заметно понижается.

Ответ: Сильный ветер после дождя значительно ускоряет процесс испарения воды с мокрых поверхностей. Испарение — это процесс, который требует поглощения тепла из окружающей среды. Интенсивное испарение приводит к быстрому отбору тепла у воздуха, что и вызывает его заметное охлаждение.

2. Выходя из реки после купания, вы ощущаете прохладу, особенно в ветреную погоду. Почему?

Ощущение прохлады после выхода из воды связано с физическим явлением испарения. Когда вы выходите из реки, ваше тело покрыто тонкой пленкой воды. Для того чтобы эта вода перешла из жидкого состояния в газообразное (пар), ей необходима энергия. Эту энергию, называемую удельной теплотой парообразования, вода забирает с поверхности вашей кожи.

Процесс отбора тепла у кожи приводит к ее охлаждению, что и вызывает у вас ощущение прохлады. Чем быстрее происходит испарение, тем интенсивнее отводится тепло и тем сильнее чувство холода.

В ветреную погоду этот эффект значительно усиливается. Ветер сдувает слой воздуха над кожей, который уже насыщен парами воды. На его место постоянно поступают новые, более сухие порции воздуха. Это создает условия для более интенсивного испарения. Так как вода испаряется быстрее, она забирает тепло с поверхности тела с большей скоростью, что и приводит к более сильному и заметному ощущению прохлады.

Ответ: Ощущение прохлады возникает из-за того, что вода, испаряясь с поверхности тела, забирает его тепло. Ветер ускоряет процесс испарения, что приводит к более интенсивной потере тепла и, как следствие, к более сильному ощущению холода.

3. В жаркий день, когда входишь в воду, кажется, что вода холоднее воздуха, а когда выходишь из воды — воздух холоднее. Почему?

Это явление объясняется двумя различными физическими процессами, связанными с теплообменом: теплопроводностью и испарением.

Когда входишь в воду

Наше ощущение тепла или холода зависит не столько от температуры окружающей среды, сколько от скорости теплообмена между нашим телом и средой. Вода обладает гораздо большей теплопроводностью и теплоемкостью по сравнению с воздухом. Это означает, что вода отводит тепло от нашего тела намного интенсивнее. В жаркий день температура воды обычно ниже температуры тела человека ($ \approx 36,6^\circ \text{C}$). При погружении в воду тело начинает быстро терять тепло, что наши рецепторы воспринимают как ощущение холода. Воздух, обладая низкой теплопроводностью, отводит тепло значительно медленнее, поэтому при той же температуре он не кажется таким холодным, как вода.

Ответ: При входе в воду она кажется холодной из-за своей высокой теплопроводности, которая вызывает быструю и интенсивную потерю тепла телом.

Когда выходишь из воды

Выйдя из водоема, наше тело оказывается покрытым тонкой пленкой воды. Эта вода начинает испаряться, то есть переходить из жидкого состояния в газообразное. Процесс испарения требует значительного количества энергии (теплоты). Эту энергию вода забирает непосредственно с поверхности нашей кожи, тем самым сильно охлаждая ее. Этот эффект охлаждения усиливается ветром, который ускоряет процесс испарения. В результате, несмотря на то что температура воздуха выше температуры воды, из-за интенсивного охлаждения кожи в процессе испарения нам кажется, что воздух очень холодный.

Ответ: При выходе из воды воздух кажется холодным из-за интенсивного охлаждения кожи в результате испарения с её поверхности воды.

4. В ветреный день нам становится теплее, если спрятаться от ветра, зайдя, например, за угол дома. Одинаковы ли показания термометра на ветру и за углом?

Решение

Ощущение тепла или холода у человека зависит не только от температуры окружающей среды, но и от скорости, с которой его тело теряет тепло.

Температура человеческого тела (около $36,6 \space °C$) обычно выше температуры окружающего воздуха. Из-за этой разницы температур наше тело постоянно отдает тепло в окружающую среду. Вокруг тела образуется тонкий слой воздуха, который нагревается от кожи. Этот слой воздуха действует как теплоизолятор, замедляя процесс теплоотдачи.

В ветреную погоду ветер (движущиеся потоки воздуха) сдувает этот пограничный слой теплого воздуха, заменяя его новыми, более холодными порциями воздуха. Этот процесс, называемый конвективной теплоотдачей, значительно увеличивает скорость потери тепла телом. Именно поэтому на ветру мы чувствуем холод сильнее, чем в безветренную погоду при той же температуре. Когда мы прячемся от ветра за углом дома, движение воздуха ослабевает, теплый слой воздуха вокруг тела восстанавливается, скорость теплопотери снижается, и нам становится теплее.

Термометр, в отличие от живого организма, не производит собственное тепло. Он просто измеряет температуру окружающей его среды, приходя с ней в тепловое равновесие. Ветер перемещает воздух, но не изменяет его фактическую температуру. Поэтому, если не учитывать такие факторы, как нахождение одного места на солнце, а другого в тени, температура воздуха на открытом, ветреном пространстве и в защищенном от ветра месте будет одинаковой.

Следовательно, термометр покажет одинаковые значения и на ветру, и за углом дома.

Ответ: Показания термометра на ветру и за углом будут одинаковыми. Разница в ощущениях человека вызвана разной скоростью потери тепла телом из-за конвекции (ветра), в то время как термометр измеряет фактическую температуру воздуха, которая в обоих местах одинакова.

5. В производстве для обеспечения чистой водой различных технологических процессов используют дистилляторы. Процесс получения дистиллированной воды основан на парообразовании и конденсации водяных паров. На рисунке 29 дан разрез простейшего дистиллятора, где 1 — нагреватель; 2 — жёлоб; 3 — кран; 4 — холодильник; 5 — дистиллируемая вода; 6 — отводная трубка. В дистиллятор через кран 3 наливают воду, предназначенную для перегонки, и нагревают её. Образующиеся водяные пары выходят через верхнее отверстие и соприкасаются с конусообразным дном холодильника, в который налита холодная вода. Пар конденсируется, и дистиллированная вода стекает в жёлоб, откуда её спускают при помощи отводной трубки 6.

Какие агрегатные превращения происходят в дистилляторе?

Рис. 29

Решение

В процессе дистилляции, описанном в задаче и показанном на рисунке, происходят два основных последовательных агрегатных превращения (фазовых перехода) воды.

1. Парообразование. Сначала дистиллируемая вода (5), находящаяся в жидком агрегатном состоянии, нагревается с помощью нагревателя (1). В результате подвода теплоты вода переходит в газообразное состояние — водяной пар. Этот процесс перехода вещества из жидкого состояния в газообразное называется парообразованием.

2. Конденсация. Далее, образовавшийся горячий водяной пар поднимается вверх и вступает в контакт с холодной поверхностью холодильника (4). При соприкосновении с холодной поверхностью пар отдает тепло, охлаждается и переходит обратно в жидкое агрегатное состояние, образуя капли чистой воды. Этот процесс перехода вещества из газообразного состояния в жидкое называется конденсацией. Собранная дистиллированная вода стекает в жёлоб (2) и выводится через отводную трубку (6).

Ответ: В дистилляторе происходят два агрегатных превращения: парообразование (переход воды из жидкого состояния в газообразное) и конденсация (переход водяного пара из газообразного состояния обратно в жидкое).