Номер 4, страница 116 - гдз по физике 8 класс учебник Пурышева, Важеевская

Глава 4. Изменение агрегатных состояний вещества. Параграф 29. Испарение и конденсация. Задание 28 - номер 4, страница 116.

Условие.

4. Почему в закрытой кастрюле вода нагревается быстрее, чем в открытой?

Решение.

4. Вода в закрытой кастрюле нагревается быстрее, чем в открытой, из-за значительного уменьшения потерь тепловой энергии в окружающую среду. Процесс нагрева связан с подводом теплоты к воде, но одновременно с этим происходит и отвод тепла. Крышка эффективно минимизирует этот отвод.

Существует несколько ключевых причин:

1. Уменьшение потерь тепла на испарение. Испарение – это процесс, при котором жидкость превращается в пар. Для этого процесса требуется энергия, называемая теплотой парообразования. С поверхности воды улетают самые быстрые молекулы, обладающие наибольшей кинетической энергией. В результате средняя кинетическая энергия оставшихся молекул уменьшается, и вода охлаждается. В открытой кастрюле пар свободно уносится в окружающее пространство, и вода непрерывно теряет тепло на испарение. Крышка же удерживает пар над поверхностью воды.

2. Возврат тепла при конденсации. В закрытой кастрюле пространство над водой быстро насыщается водяным паром. Этот пар, соприкасаясь с относительно холодной крышкой, конденсируется – превращается обратно в жидкость. Конденсация – процесс, обратный испарению, и при нем выделяется ровно столько же энергии, сколько было затрачено на испарение. Капли воды стекают с крышки обратно в кастрюлю, возвращая в нее и массу, и тепловую энергию. Таким образом, тепловая энергия как бы "циркулирует" внутри кастрюли, а не теряется безвозвратно.

3. Уменьшение потерь тепла за счет конвекции. Над горячей водой в открытой кастрюле образуется слой теплого воздуха и пара, который из-за меньшей плотности поднимается вверх и заменяется более холодным воздухом из комнаты. Этот процесс (конвекция) также способствует охлаждению воды. Крышка создает барьер, который препятствует свободной конвекции воздуха и, соответственно, уменьшает этот вид теплопотерь.

Таким образом, в закрытой кастрюле большая доля подводимой от плиты теплоты идет непосредственно на увеличение температуры воды, а не на компенсацию теплопотерь. Это и приводит к более быстрому нагреву.

Ответ: В закрытой кастрюле вода нагревается быстрее, потому что крышка значительно уменьшает потери тепла. В основном это происходит за счет предотвращения интенсивного испарения, которое охлаждает воду, и возврата тепла обратно в воду при конденсации пара на крышке. Также крышка уменьшает теплопотери за счет конвекции.