Номер 2, страница 30 - гдз по физике 8 класс учебник Закирова, Аширов

2. Изучив устройство и назначение термоса, изготовьте его из подручного материала. Проведите испытание полученного прибора.

Устройство и назначение термоса

Назначение термоса (или сосуда Дьюара) заключается в поддержании температуры содержимого (горячего или холодного) в течение длительного времени. Это достигается за счет максимальной теплоизоляции содержимого от окружающей среды.

Основной принцип работы термоса основан на минимизации трех видов теплопередачи: теплопроводности, конвекции и теплового излучения.

Конструкция классического термоса включает в себя:

1. Внутреннюю колбу, обычно стеклянную или из нержавеющей стали, в которой находится жидкость или пища.

2. Внешний корпус, который защищает хрупкую внутреннюю колбу.

3. Вакуумную прослойку между внутренней колбой и внешним корпусом. Вакуум является чрезвычайно плохим проводником тепла, поэтому он практически полностью предотвращает теплопередачу за счет теплопроводности и конвекции.

4. Посеребренные (зеркальные) поверхности внутренней колбы и внешнего корпуса, обращенные друг к другу (в вакуумную прослойку). Зеркальная поверхность отражает тепловое (инфракрасное) излучение, не давая горячему содержимому остывать, а холодному — нагреваться.

5. Герметичную пробку или крышку из теплоизолирующего материала (например, пробки или пластика), которая минимизирует потери тепла через горлышко сосуда.

Таким образом, благодаря вакууму, отражающим поверхностям и изолирующей пробке, термос эффективно препятствует обмену тепла между его содержимым и внешней средой.

Ответ: Термос предназначен для длительного сохранения температуры помещенных в него продуктов. Его устройство основано на минимизации всех видов теплопередачи (теплопроводности, конвекции, излучения) с помощью вакуумной прослойки между двумя колбами, зеркальных поверхностей этих колб и теплоизолирующей пробки.

Изготовление термоса из подручного материала

Для изготовления простого термоса в домашних условиях мы заменим вакуумную прослойку доступным теплоизоляционным материалом, а зеркальные поверхности — алюминиевой фольгой.

Необходимые материалы:

- Пластиковая бутылка или стеклянная банка меньшего размера (внутренняя емкость).

- Пластиковая бутылка большего размера или картонная коробка (внешний корпус).

- Алюминиевая фольга.

- Теплоизоляционный материал: вата, смятые газеты, пенопластовая крошка, шерстяная ткань, монтажная пена.

- Ножницы, скотч или клей.

Пошаговая инструкция:

1. Возьмите большую пластиковую бутылку и аккуратно отрежьте у нее верхнюю часть (горлышко), чтобы получился стакан. Это будет внешний корпус.

2. Возьмите меньшую емкость (например, стеклянную банку 0.5 л), которая будет внутренней колбой. Она должна свободно помещаться в подготовленный внешний корпус, оставляя зазор около 1-2 см со всех сторон.

3. Оберните внешнюю поверхность банки (внутренней колбы) алюминиевой фольгой, блестящей стороной наружу. Закрепите фольгу скотчем. Это поможет отражать тепловое излучение.

4. На дно внешнего корпуса уложите слой теплоизоляционного материала (например, ваты или смятых газет) толщиной 1-2 см.

5. Поставьте внутреннюю колбу на этот слой по центру внешнего корпуса.

6. Аккуратно и плотно заполните пространство между стенками внутренней и внешней емкостей выбранным теплоизоляционным материалом. Чем плотнее уложен материал, тем меньше будет конвекция воздуха и тем лучше будет изоляция.

7. Изготовьте крышку. Для этого можно использовать отрезанную верхнюю часть большой бутылки, заполнив ее изнутри теплоизолятором и обернув фольгой. Крышка должна плотно закрывать и внутреннюю, и внешнюю емкость.

Ответ: В результате выполнения описанных действий получен самодельный прибор, имитирующий устройство термоса, где роль вакуума выполняет теплоизоляционный материал (вата, бумага), а роль зеркальных поверхностей — алюминиевая фольга.

Проведение испытания полученного прибора

Чтобы оценить эффективность изготовленного термоса, проведем сравнительный эксперимент по измерению скорости остывания в нем горячей воды.

Дано:

- Самодельный термос.

- Контрольная емкость (такая же стеклянная банка, как и внутри термоса, но без изоляции).

- Горячая вода ($T_{начальная} \approx 80-90^\circ C$).

- Термометр.

- Часы или секундомер.

Найти:

Сравнить скорость остывания воды в самодельном термосе и в контрольной емкости.

Решение:

1. Наливаем одинаковое количество горячей воды в самодельный термос и в контрольную банку.

2. Немедленно измеряем начальную температуру воды в обеих емкостях. Она должна быть одинаковой. Обозначим ее $T_0$. Запускаем секундомер.

3. Закрываем обе емкости крышками (термос — своей изолирующей крышкой, банку — обычной).

4. Каждые 20 минут (интервал времени $\Delta t = 20 \text{ мин}$) в течение 2 часов измеряем температуру воды в термосе ($T_{термос}$) и в контрольной банке ($T_{банка}$).

5. Все полученные данные заносим в таблицу:

Время, t (мин) | Tтермос (°C) | Tбанка (°C) ----------------|--------------------|------------------- 0 | T0 | T0 20 | T1 | T'1 40 | T2 | T'2 60 | T3 | T'3 80 | T4 | T'4 100 | T5 | T'5 120 | T6 | T'6

6. После сбора данных анализируем результаты. Сравниваем итоговые температуры через 2 часа. В термосе температура должна быть значительно выше, чем в контрольной банке.

7. Для наглядности можно построить график зависимости температуры от времени для обеих емкостей. Кривая для термоса будет убывать гораздо медленнее, чем для банки.

8. Эффективность можно оценить, сравнив среднюю скорость остывания, которая рассчитывается как отношение изменения температуры ко времени: $v_{остывания} = \frac{\Delta T}{\Delta t} = \frac{T_{конечная} - T_{начальная}}{t}$. У самодельного термоса модуль этого значения должен быть значительно меньше.

Ответ: По результатам эксперимента вода в самодельном термосе остывает значительно медленнее, чем в контрольной емкости без теплоизоляции. Это подтверждает, что созданная конструкция успешно выполняет функцию теплосбережения, хотя и уступает по эффективности промышленным образцам с вакуумной изоляцией.