Экспериментальное задание, страница 34 - гдз по физике 8 класс учебник Закирова, Аширов

Исследуйте теплоизолирующие свойства материалов, используемых для пошива одежды: синтепона, меха. Оберните две банки с теплой водой одинаковой температуры ($50-60 °C$) исследуемыми материалами. Толщина материалов должна быть одинаковой. Через некоторое время (например, через 10 минут) измерьте температуру воды в банках, сравните их, сделайте вывод о теплоизоляционных свойствах материалов. При выполнении опыта можно исследовать свойства любых материалов.

Для решения данной задачи проведем мысленный эксперимент, описанный в условии, и проанализируем его результаты.

Дано:

Начальная температура воды: $T_{_0} = 55^\circ \text{C}$

Время наблюдения: $\Delta t = 10 \text{ мин}$

Исследуемые материалы: синтепон, мех (одинаковой толщины).

Перевод в систему СИ:

Время наблюдения: $\Delta t = 10 \cdot 60 = 600 \text{ с}$

Начальная температура воды: $T_{_0} = 55 + 273.15 = 328.15 \text{ К}$

Найти:

Сравнить теплоизоляционные свойства синтепона и меха.

Решение:

Цель эксперимента — определить, какой из материалов хуже проводит тепло, то есть является лучшим теплоизолятором. Теплоизоляционные свойства материала характеризуют его способность препятствовать передаче тепла. В нашем случае вода в банках будет остывать, отдавая тепло в окружающую среду через стенки банки и слой исследуемого материала. Чем лучше теплоизолятор, тем медленнее будет происходить этот процесс, и тем выше останется температура воды по истечении времени.

Ход эксперимента:

1. Возьмем две одинаковые банки и нальем в них равное количество воды с начальной температурой $T_{_0} = 55^\circ \text{C}$.

2. Первую банку плотно обернем слоем синтепона.

3. Вторую банку плотно обернем слоем меха такой же толщины, что и слой синтепона.

4. Оставим обе банки в комнате на время $\Delta t = 10$ минут.

5. По истечении 10 минут измерим температуру воды в каждой банке.

Анализ результатов:

Теплоизоляционные свойства и синтепона, и меха обусловлены тем, что между их волокнами содержится много воздуха. Воздух является плохим проводником тепла, и если он находится в неподвижном состоянии (внутри пор или между волокнами), он значительно снижает теплопередачу.

Натуральный мех, как правило, имеет очень сложную структуру с густым подшерстком, который создает множество мелких воздушных карманов. Это делает его чрезвычайно эффективным природным теплоизолятором.

Синтепон также является хорошим теплоизолятором, но его структура, хотя и спроектирована для удержания воздуха, может быть менее эффективной по сравнению с натуральным мехом при одинаковой толщине.

Таким образом, можно ожидать, что вода в банке, обернутой мехом, остынет медленнее, чем в банке с синтепоном. Проведем гипотетические измерения:

• Конечная температура воды в банке с синтепоном: $T_{синтепон} = 45^\circ \text{C}$.

• Конечная температура воды в банке с мехом: $T_{мех} = 48^\circ \text{C}$.

Мы видим, что $T_{мех} > T_{синтепон}$. Это означает, что за 10 минут вода в банке с мехом потеряла меньше тепла, чем вода в банке с синтепоном.

Изменение температуры для каждой банки:

• Для синтепона: $\Delta T_{синтепон} = T_{_0} - T_{синтепон} = 55^\circ \text{C} - 45^\circ \text{C} = 10^\circ \text{C}$.

• Для меха: $\Delta T_{мех} = T_{_0} - T_{мех} = 55^\circ \text{C} - 48^\circ \text{C} = 7^\circ \text{C}$.

Поскольку $\Delta T_{мех} < \Delta T_{синтепон}$, это подтверждает, что мех замедлял процесс остывания эффективнее.

Вывод:

Материал, который обеспечивает меньшее понижение температуры воды за одинаковое время, обладает лучшими теплоизоляционными свойствами. В нашем эксперименте температура воды в банке, обернутой мехом, оказалась выше, чем в банке с синтепоном. Следовательно, при одинаковой толщине мех является лучшим теплоизолятором, чем синтепон.

Ответ: В результате проведенного опыта было бы установлено, что вода в банке, обернутой мехом, остывает медленнее, чем в банке, обернутой синтепоном. Это свидетельствует о том, что мех обладает лучшими теплоизоляционными свойствами по сравнению с синтепоном при одинаковой толщине слоя.