Задание 4, страница 31 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин

Возьмите две проволочки — стальную и медную или стальную и алюминиевую длиной по 5 см каждая. Отметьте время в секундах и осторожно введите одновременно обе проволочки на 1 см в один и тот же слой верхней части пламени свечи, держа проволочки за один конец двумя пальцами. Пальцы должны захватывать 1 см каждой проволочки. Когда пальцам на одной проволочке станет горячо, нужно выпустить её из рук и отметить время. Так же поступите и с другой проволочкой. Сравните результаты. Остудите обе проволочки в блюдце с холодной водой (или под краном), вытрите их насухо тряпочкой и повторите опыт, чтобы закрепить результат. Сделайте вывод.

Этот эксперимент посвящён изучению и сравнению теплопроводности различных металлов. Теплопроводность — это процесс переноса внутренней энергии от более нагретых частей тела к менее нагретым, который приводит к выравниванию температуры. Скорость этого процесса характеризуется коэффициентом теплопроводности ($k$). Чем выше значение $k$ для материала, тем лучше он проводит тепло.

Для материалов, указанных в задаче, справочные значения коэффициента теплопроводности следующие:

• Медь (Cu): $k \approx 401 \text{ Вт/(м·К)}$
• Алюминий (Al): $k \approx 237 \text{ Вт/(м·К)}$
• Сталь (сплав железа с углеродом): $k \approx 50 \text{ Вт/(м·К)}$

Из этих данных следует, что $k_{Cu} > k_{Al} > k_{Fe}$. Это означает, что при прочих равных условиях (одинаковые размеры проволочек, одинаковые условия нагрева) тепло по медной проволоке будет распространяться быстрее всего, а по стальной — медленнее всего.

При выполнении опыта мы будем сравнивать время, по истечении которого мы почувствуем тепло, держа проволочки в руках. Это время будет тем меньше, чем выше теплопроводность материала.

Если взять стальную и медную проволочки, то медная проволочка обожжет пальцы значительно быстрее. Это связано с тем, что ее коэффициент теплопроводности примерно в 8 раз выше, чем у стали. Тепло от пламени свечи быстро распространится по медной проволочке, в то время как стальная будет нагреваться у конца, удерживаемого пальцами, гораздо дольше.

Если взять стальную и алюминиевую проволочки, результат будет аналогичным. Алюминиевая проволочка нагреется у пальцев быстрее стальной, так как ее теплопроводность примерно в 4-5 раз выше. Однако, если бы мы сравнивали медную и алюминиевую проволочки, то медная нагрелась бы быстрее.

Таким образом, время, которое мы зафиксируем секундомером до момента, когда станет горячо ($t$), для разных материалов будет отличаться: $t_{медь} < t_{алюминий} < t_{сталь}$.

Ответ: Пальцы, держащие медную проволочку, почувствуют тепло быстрее всего. Немного позже нагреется алюминиевая проволочка. Значительно больше времени потребуется для нагрева стальной проволочки. Время до ощущения жжения для медной проволочки будет наименьшим, а для стальной — наибольшим.

Проведенный опыт наглядно демонстрирует, что разные металлы обладают различной способностью проводить тепло. Это свойство называется теплопроводностью. Чем выше теплопроводность материала, тем быстрее передается тепло по нему. Сравнение времени нагрева проволочек из разных материалов позволяет расположить их в ряд по убыванию теплопроводности: медь, алюминий, сталь. Это фундаментальное свойство материалов широко используется в технике: материалы с высокой теплопроводностью (медь, алюминий) применяют для изготовления радиаторов охлаждения и теплообменников, а материалы с низкой теплопроводностью (сталь, особенно нержавеющая, различные пластики, дерево) — для изготовления ручек посуды и в качестве теплоизоляции.

Ответ: Разные материалы имеют разную теплопроводность. Медь обладает большей теплопроводностью, чем алюминий, а алюминий — большей, чем сталь. Скорость нагрева удаленного от пламени конца проволочки прямо зависит от теплопроводности ее материала.