Экспериментальное задание, страница 30 - гдз по физике 8 класс учебник Закирова, Аширов

Исследуйте теплоизоляционные свойства полиэтиленовой пленки и газетной бумаги. Оберните ими бутылки с горячей водой, при этом толщина слоя исследуемых материалов должна быть одинаковой, а между слоями не должен оставаться воздух. Толщину пленки и бумаги определите способом рядов. Через каждые 5 минут измерьте температуру воды в бутылках. На одной координатной плоскости постройте графики зависимости температуры воды от времени наблюдения. Сравнив результаты, сделайте вывод: какой из материалов обладает большей теплопроводностью?

Для решения данной задачи необходимо провести физический эксперимент. Ниже представлен подробный план его выполнения, гипотетические результаты и выводы, основанные на физических свойствах материалов.

Цель работы

Экспериментально исследовать и сравнить теплоизоляционные свойства полиэтиленовой пленки и газетной бумаги, определив, какой из материалов обладает большей теплопроводностью.

Оборудование и материалы

1. Две одинаковые пластиковые или стеклянные бутылки с крышками.

2. Термометр для жидкостей (2 шт. для одновременных измерений или 1 шт. для поочередных).

3. Чайник или другой источник горячей воды.

4. Рулон пищевой полиэтиленовой пленки.

5. Стопка газетной бумаги.

6. Линейка или штангенциркуль.

7. Секундомер или часы.

8. Ножницы, скотч.

Решение

1. Определение толщины материалов (метод рядов)

Метод рядов заключается в измерении общей толщины большого количества слоев материала и последующем делении на их число для нахождения толщины одного слоя.

Для газетной бумаги:

Возьмем стопку из $N_б = 100$ листов газеты. Аккуратно сложим их в ровную стопку и измерим ее высоту $H_б$ с помощью линейки. Толщина одного листа бумаги $d_б$ будет равна: $d_б = H_б / N_б$.

Например, если высота стопки из 100 листов составила 8 мм, то толщина одного листа: $d_б = 8 \text{ мм} / 100 = 0.08 \text{ мм}$.

Для полиэтиленовой пленки:

Сложить кусок пленки много раз, например, $N_п = 50$ раз. Измерить толщину $H_п$ полученного слоя. Толщина одного слоя пленки $d_п$ будет равна: $d_п = H_п / N_п$.

Например, если толщина 50 слоев пленки составила 1 мм, то толщина одного слоя: $d_п = 1 \text{ мм} / 50 = 0.02 \text{ мм}$.

2. Подготовка к эксперименту

Необходимо создать теплоизолирующие слои одинаковой толщины, например, 2 мм.

Слой бумаги: Чтобы получить слой толщиной 2 мм, нужно взять $n_б = 2 \text{ мм} / d_б = 2 \text{ мм} / 0.08 \text{ мм} = 25$ листов газеты.

Слой пленки: Чтобы получить слой толщиной 2 мм, нужно обернуть бутылку пленкой $n_п = 2 \text{ мм} / d_п = 2 \text{ мм} / 0.02 \text{ мм} = 100$ раз.

Наполним обе бутылки одинаковым количеством горячей воды (например, 90% объема) с одинаковой начальной температурой (например, $80^\circ C$). Плотно закроем крышки, предварительно вставив в них термометры (или будем открывать и быстро измерять).

Обернем первую бутылку подготовленными 25 листами газетной бумаги, плотно прижимая слои друг к другу, чтобы не было воздуха, и закрепим скотчем.

Обернем вторую бутылку полиэтиленовой пленкой 100 раз, также обеспечивая плотное прилегание слоев.

3. Проведение измерений и построение графика

Одновременно запускаем секундомер. Каждые 5 минут ($ \Delta t = 5 \text{ мин}$) записываем показания температуры воды в каждой бутылке. Измерения проводим в течение 30-40 минут.

Полученные данные занесем в таблицу. Ниже представлена таблица с гипотетическими результатами.

На основе данных строим графики зависимости температуры $T$ от времени $t$ на одной координатной плоскости. По оси ординат (Y) откладываем температуру ($^\circ C$), по оси абсцисс (X) — время (мин).

4. Анализ результатов и вывод

Из гипотетических данных и построенных по ним графикам видно, что температура воды в обеих бутылках со временем уменьшается, что свидетельствует о передаче тепла в окружающую среду.

Однако, скорость остывания воды разная. График для бутылки, обернутой полиэтиленовой пленкой, идет круче вниз. Это означает, что за одинаковые промежутки времени вода в этой бутылке остывает сильнее. Вода в бутылке, обернутой газетной бумагой, остывает медленнее, ее график является более пологим.

Теплопроводность — это способность материала проводить тепло. Чем выше теплопроводность, тем быстрее материал передает тепло и тем хуже он является теплоизолятором.

Поскольку вода в бутылке с полиэтиленовой пленкой остыла быстрее, это означает, что слой пленки хуже удерживал тепло, то есть лучше его проводил. Слой газетной бумаги, благодаря своей пористой структуре с большим количеством воздуха между волокнами, оказался лучшим теплоизолятором (обладает меньшей теплопроводностью).

Следовательно, полиэтиленовая пленка обладает большей теплопроводностью по сравнению с газетной бумагой при одинаковой толщине слоя.

Ответ: Сравнив графики остывания воды, можно сделать вывод, что вода быстрее остывает в бутылке, обернутой полиэтиленовой пленкой. Это означает, что полиэтиленовая пленка передает тепло лучше, чем газетная бумага. Таким образом, полиэтиленовая пленка обладает большей теплопроводностью.