Номер 2, страница 194 - гдз по физике 9 класс учебник Закирова, Аширов

2. Налейте в сосуды горячую воду одной и той же температуры. В каком из сосудов вода охладится быстрее? Сделайте выводы.

В каком из сосудов вода охладится быстрее?

Скорость охлаждения горячей воды зависит не от самой воды (так как ее температура и, предположительно, объем в сосудах одинаковы), а от характеристик сосудов и условий окружающей среды. Поскольку сосуды в вопросе не описаны, ответ зависит от их свойств. Рассмотрим, какие именно свойства влияют на скорость охлаждения.

1. Форма сосуда и площадь поверхности воды. Вода будет остывать быстрее в сосуде с большей площадью открытой поверхности. Например, в широком и неглубоком блюдце вода остынет значительно быстрее, чем в высоком и узком стакане. Это связано с тем, что теплообмен с окружающей средой происходит в основном через поверхность. Большая площадь поверхности усиливает два процесса: конвекцию (тепло уносится потоками воздуха) и испарение. При испарении жидкость покидают наиболее быстрые молекулы, что ведет к понижению средней температуры оставшейся воды. Испарение является очень эффективным способом охлаждения.

2. Материал сосуда. Скорость охлаждения зависит от теплопроводности материала, из которого сделан сосуд. В сосуде из материала с высокой теплопроводностью (например, в металлической кружке) вода охладится быстрее, чем в сосуде из материала с низкой теплопроводностью (например, в керамической, стеклянной или пенопластовой кружке). Металл быстро отводит тепло от воды к своим внешним стенкам, которые, в свою очередь, отдают его в воздух.

3. Цвет и характер поверхности сосуда. Темные и матовые поверхности излучают тепловую энергию интенсивнее, чем светлые и блестящие (отполированные). Поэтому в черной матовой кружке вода будет остывать быстрее, чем в белой или серебристой блестящей кружке, при прочих равных условиях. Этот процесс называется тепловым излучением.

4. Наличие крышки. В открытом сосуде вода остывает быстрее, чем в закрытом крышкой. Крышка препятствует испарению, которое является одним из главных механизмов охлаждения, а также уменьшает конвективный теплообмен с окружающим воздухом.

Следовательно, для самого быстрого охлаждения следует выбрать широкий, открытый сосуд из металла, имеющий темную матовую поверхность.

Ответ: Вода охладится быстрее в том сосуде, который обеспечивает наиболее интенсивную теплоотдачу в окружающую среду. Такими свойствами обладает широкий и открытый сосуд (большая площадь испарения и конвекции), изготовленный из материала с высокой теплопроводностью (например, металл) и имеющий темную, матовую поверхность (максимальное тепловое излучение).

Сделайте выводы

Процесс охлаждения воды — это процесс передачи ее внутренней тепловой энергии окружающей среде до тех пор, пока их температуры не выровняются. Этот процесс может происходить несколькими путями одновременно, и его скорость определяет, как быстро остынет вода.

Основные выводы:

1. Скорость охлаждения тела (в данном случае, воды в сосуде) определяется скоростью его теплообмена с окружающей средой. Чем быстрее тело отдает тепло, тем быстрее оно остывает.

2. Существует несколько механизмов теплопередачи: теплопроводность, конвекция, тепловое излучение и испарение (процесс, приводящий к потере энергии).

3. Чтобы ускорить охлаждение, необходимо усилить эти механизмы. Для этого следует увеличить площадь контакта с окружающей средой (использовать широкий сосуд), использовать материалы с высокой теплопроводностью (металл), увеличить излучательную способность поверхности (использовать темные, матовые поверхности) и не препятствовать испарению (не закрывать сосуд крышкой).

4. И наоборот, для сохранения тепла (замедления остывания) следует поступать противоположным образом: уменьшать площадь открытой поверхности (узкий и высокий сосуд, например, термос), использовать крышку, применять материалы с низкой теплопроводностью (керамика, стекло, вакуумная прослойка в термосе) и использовать светлые, блестящие поверхности.

Ответ: Скорость охлаждения воды зависит от совокупности факторов, влияющих на скорость теплопередачи: формы и материала сосуда, цвета его поверхности, а также площади контакта воды с воздухом. Для управления скоростью охлаждения необходимо изменять условия так, чтобы усиливать или ослаблять механизмы теплопередачи: теплопроводность, конвекцию, излучение и испарение.