Номер 1, страница 60 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин

Это любопытно. Параграф 16. График плавления и отвердевания кристаллических тел. Глава 1. Тепловые явления - номер 1, страница 60.

Условие.

1*. Если в опыте с ледяным бруском стальную проволоку заменить капроновой нитью того же диаметра, лёд режется значительно хуже. Чем это можно объяснить?

Решение 1.

Решение 2.

Решение 3.

Решение 4.

Это явление объясняется различием в теплопроводности стали и капрона, а также физическим процессом, называемым режеляцией (повторным замерзанием).

Когда проволока или нить с грузами лежит на ледяном бруске, она оказывает на лёд высокое давление, так как её площадь соприкосновения со льдом очень мала. Давление определяется формулой $p = F/S$, где $F$ — сила тяжести грузов, а $S$ — площадь контакта.

Под действием этого высокого давления температура плавления льда понижается. В результате лёд под проволокой начинает таять, образуя тонкий слой воды, даже если окружающая температура равна 0 °C или немного ниже. Проволока опускается в этот слой воды. Вода, которая оказывается над проволокой, больше не испытывает высокого давления. Её давление становится равным атмосферному, и она снова замерзает.

При замерзании воды над проволокой выделяется теплота (теплота кристаллизации). Эта теплота должна быть передана льду под проволокой, чтобы он продолжал таять. Ключевую роль в этой передаче тепла играет сам материал проволоки или нити.

Стальная проволока. Сталь — это металл с очень высокой теплопроводностью. Она является отличным проводником тепла. Поэтому тепло, выделяющееся при замерзании воды сверху, быстро и эффективно передаётся через стальную проволоку ко льду снизу. Это ускоряет его таяние, и проволока относительно быстро прорезает брусок льда.

Капроновая нить. Капрон (вид нейлона) — это полимер, который является плохим проводником тепла, то есть теплоизолятором. Его теплопроводность значительно ниже, чем у стали ($k_{капрон} \ll k_{сталь}$). Из-за этого тепло от замерзающей воды над нитью передаётся ко льду под ней очень медленно. Процесс плавления льда под нитью сильно замедляется, поэтому капроновая нить режет лёд значительно хуже.

Таким образом, решающим фактором в скорости прорезания льда является способность материала (проволоки/нити) проводить тепло, необходимое для плавления.

Ответ: Разница в скорости разрезания льда объясняется тем, что сталь обладает высокой теплопроводностью и эффективно передает тепло от замерзающей воды над проволокой к тающему льду под ней, ускоряя процесс. Капрон, напротив, является плохим проводником тепла (теплоизолятором), что значительно замедляет передачу тепла и, как следствие, процесс плавления льда.