Номер 2, страница 31 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин

2. Почему пустотелый кирпич обеспечивает лучшую теплоизоляцию, чем полнотелый?

Пустотелый кирпич обеспечивает лучшую теплоизоляцию по сравнению с полнотелым благодаря наличию в его структуре воздушных полостей (пустот). Ключевую роль в этом играет воздух, который является очень плохим проводником тепла.

Решение

Для понимания этого явления необходимо рассмотреть три основных механизма теплопередачи: теплопроводность, конвекцию и излучение.

1. Теплопроводность. В сплошном (полнотелом) кирпиче тепло передается в основном через теплопроводность самого материала. Молекулы и атомы в твердом теле плотно упакованы и эффективно передают друг другу колебательную энергию (тепло). В пустотелом кирпиче этот сплошной путь для тепла прерывается воздушными камерами. Воздух, будучи газом, имеет значительно более низкую теплопроводность, чем твердые материалы. Например, коэффициент теплопроводности воздуха составляет примерно $ \lambda_{воздуха} \approx 0.026 $ Вт/(м·К), в то время как для полнотелого керамического кирпича этот показатель равен $ \lambda_{кирпича} \approx 0.6-0.8 $ Вт/(м·К). Молекулы в газе находятся далеко друг от друга, что затрудняет передачу энергии через столкновения.

2. Конвекция. Внутри воздушных полостей тепло может передаваться также за счет конвекции — перемещения объемов воздуха. Нагретый у теплой стенки воздух расширяется, становится менее плотным и поднимается вверх, а его место занимает более холодный и плотный воздух. Однако в пустотелом кирпиче полости обычно имеют небольшой замкнутый объем. Это существенно ограничивает циркуляцию воздуха и подавляет конвекционные потоки. В результате воздух внутри полостей остается практически неподвижным, и его роль как теплоизолятора становится еще более выраженной.

3. Излучение. Некоторое количество тепла передается через полости путем теплового излучения от более теплых внутренних стенок к более холодным. Хотя этот механизм и вносит свой вклад в общую теплопередачу, его эффект значительно меньше, чем выигрыш от резкого снижения теплопроводности за счет замены сплошного материала воздухом.

Таким образом, наличие замкнутых объемов воздуха резко снижает общую (эффективную) теплопроводность кирпича. Стена, сложенная из такого кирпича, обладает более высоким термическим сопротивлением, а значит, медленнее теряет тепло зимой и медленнее нагревается летом.

Ответ: Пустотелый кирпич обеспечивает лучшую теплоизоляцию, потому что воздух, заключенный в его полостях, обладает очень низкой теплопроводностью по сравнению с материалом самого кирпича. Это значительно снижает общую теплопередачу через кирпич. Кроме того, малый размер полостей препятствует эффективному переносу тепла за счет конвекции, делая неподвижный воздух отличным изолятором.