38. Виды теплопередачи - В.И. Лукашик, Сборник задач по физике
945. В стакан налит горячий чай. Как осуществляется теплообмен между чаем и стенками стакана?
Посредством теплопроводности.
946. В каком случае процесс теплообмена произойдет быстрее, если в горячую воду наливать холодную; в холодную наливать горячую той же массы?
Если в горячую воду наливать холодную, процесс конвекции пойдет быстрее.
947. Почему в прудах, лунках, озерах лед появляется вначале на поверхности?
Поверхность воды обменивается (отдает тепло) теплом с холодным воздухом.
948. Почему нагретые детали охлаждаются в воде быстрее, чем на воздухе?
Теплопроводность воды выше, чем у воздуха.
949. Приведите примеры изменения внутренней энергии тела в процессе теплообмена.
Термометр изменяет свою внутреннюю энергию при взаимодействии с окружающей средой.
950. Почему в безветрие пламя свечи устанавливается вертикально?
В процессе конвекции раскаленный газ (пламя) поднимается вертикально вверх, вытесняемый более тяжелым холодным воздухом.
951. Зачем канализационные и водопроводные трубы зарывают в землю на значительную глубину?
Для уменьшения потери тепла в результате теплообмена труб с окружающей средой. Теплопроводность фунта достаточно низка.
952. Зачем ствол винтовки покрывают деревянной накладкой?
Теплопроводность дерева низкая и его используют при необходимости предохранения тела от перегрева.
953. Медный и стеклянный сосуды одинаковой массы и вместимости одновременно заполнили горячей водой. В каком сосуде быстрее закончится процесс теплообмена?
В медном, поскольку его теплопроводность выше.
954. Почему вы обжигаете губы, когда пьете чай из металлической кружки, и не обжигаете, когда пьете чай из фарфоровой кружки? (Температура чая одинаковая.)
Теплопроводность металла выше, чем у фарфора.
955. В каком чайнике вода скорее нагреется: в новом или старом, на стенках которого имеется накипь? (Чайники одинаковые.)
В новом. Его теплопроводность выше и поэтому теплообмен осуществляется быстрее.
956. Если температура в комнате 16 °С, то нам не холодно, но если войти в воду, температура которой 20 °С, то мы ощущаем довольно сильный холод. Почему?
Теплообмен человека с водой интенсивнее теплообмена человека с воздухом.
957. Если деревянный цилиндр, инкрустированный металлом, обернуть листом бумаги и подержать над пламенем спиртовки (рис. 259), то бумага обугливается сначала в местах, не соприкасающихся с металлом. Почему?
Дерево отводит теплоту от бумаги медленнее, чем металл, поскольку его теплопроводность ниже.
958. При одинаковой температуре (ниже температуры тела человека) кирпич на ощупь кажется теплее гранита. Какой из этих строительных материалов обладает лучшей теплопроводностью?
Гранит.
959. Зимой на улице металл на ощупь холоднее дерева. Какими будут казаться на ощупь металл и дерево в сорокаградусную жару? Почему?
Металл будет казаться теплее дерева, поскольку он обладает большей теплопроводностью.
960. В какой обуви больше мерзнут ноги зимой: в просторной или тесной?
В тесной, поскольку в ней нет воздушной прослойки, обладающей низкой теплопроводностью.
961. Почему шерстяная одежда сохраняет теплоту лучше, чем хлопчатобумажная?
Шерстяной ворс задерживает воздух, обладающий малой теплопроводностью, и уменьшает процесс конвекции.
962. Зачем на зиму приствольные круги земли у плодовых деревьев покрывают слоями торфа, навоза или древесных опилок?
Для задержки теплого воздуха путем уменьшения конвекции и теплопередачи.
963. По озеру на большой скорости идет катер. Как вы считаете, изменяется ли при этом внутренняя энергия той части воды в озере, которая отбрасывается винтом катера?
Да, за счет силы трения между винтом и водой.
964. Прежде чем налить в стакан кипяток, в стакан опускают чайную ложку. Объясните, для чего это делают.
Ложка обладает хорошей теплопроводностью и быстро отводит тепло. При резком изменении температуры стакан может лопнуть.
965. Зачем в странах Средней Азии местные жители во время сильной жары носят шапки-папахи и ватные халаты?
Благодаря одежде появляется воздушная прослойка, которая в значительной степени уменьшает теплообмен между телом человека и окружающей средой.
966. Почему снегозадержание, проводимое на полях в засушливых областях страны, не только хорошее средство накопления влаги в почве, но и средство борьбы с вымерзанием озимых посевов?
Рыхлый снег обладает плохой теплопроводностью и замедляет процесс теплообмена.
967. Изменится ли давление воды на дно сосуда (см. рис. 158), если перенести сосуд из теплой комнаты в холодную? Почему в теплой комнате в нижней части сосуда вода будет перемещаться слева направо?
Да. Воздух в левой части сосуда за счет внутренней энергии будет расширяться, увеличивая давление на воду. Она будет перемещаться слева направо.
968. Мальчик сделал термос (рис. 260). Объясните назначение мятой бумаги в крышке ящика, подушек, мятой бумаги, пересыпанной древесными опилками, в нижней части ящика.
Эти материалы уменьшает теплообмен колбы термоса с внешней средой.
969. Почему все пористые строительные материалы (пористый кирпич, пеностекло, пенистый бетон и др.) обладают лучшими теплоизоляционными свойствами, чем плотные стройматериалы?
В их порах содержится воздух, обладающий низкой теплопроводностью.
970. Мальчик зарисовал воробья (рис. 261) один раз летом, а другой раз зимой. Какой из рисунков сделан зимой?
Правый воробей нарисован зимой.
971. В каком направлении, вверх или вниз, движется вода в радиаторе при работе двигателя трактора (рис. 262)?
Опускается вниз, поскольку в радиаторе она охлаждается.
972. Объясните, почему батареи центрального отопления ставят обычно под окнами.
Холодный воздух, поступающий через окно, тяжелее теплого, и поэтому он опускается вниз, где нагревается от батареи центрального отопления.
973. Как образуются бризы? (Бризы — местные ветры, дующие днем с моря на сушу, а ночью с суши на море.)
Днем поверхность суши нагрета сильнее поверхности моря. Теплый воздух с суши поднимается и на его место устремляется более тяжелый и холодный воздух с моря. Ночью все происходит наоборот.
974. Зачем в верхних и нижних частях корпусов проекционных аппаратов, больших электрических фонарей, киноаппаратов делают отверстия?
Для их охлаждения. Если в нижней и верхней частях корпуса есть отверстия, то в нем возникает циркуляция воздуха. Нагретый воздух выходит через верхнее отверстие, а его место занимает холодный воздух, поступающий из нижнего отверстия.
975. В промышленных холодильниках воздух охлаждается с помощью труб, по которым течет охлажденная жидкость. Где надо располагать эти трубы: вверху или внизу помещения?
Охлаждающие устройства надо располагать вверху для осуществления естественной конвекции.
976. Сильная струя воздуха, которая идет на вас от настольного вентилятора, создает прохладу. Можно ли этой струей сохранить мороженое в твердом виде?
Нельзя, т.к. вентилятор нагнетает на мороженое воздух, температура которого все равно больше температуры таяния мороженого.
977. Почему в печах с высокими трубами тяга больше, чем в печах с низкими трубами?
Чем выше труба, тем больше разность давлений на ее концах. Тяга больше.
978. Почему в металлических печных трубах тяга меньше, чем в кирпичных трубах?
Высокая теплопроводность металла способствует большему охлаждению газов и уменьшению разности давлений на концах трубы. Тяга меньше.
979. Возможны ли конвекционные потоки в жидкостях или газах в искусственном спутнике Земли в состоянии невесомости? (Объясните почему.)
Нет, потому что конвекция осуществляется за счет силы Архимеда, которой не возникает в состоянии невесомости.
980. На рисунке 262 изображена упрощенная схема водяного охлаждения двигателя трактора, которая состоит из рубашки двигателя 1, радиатора 2, трубопровода и вентилятора 3. Объясните, как осуществляется охлаждение цилиндров двигателя. Что произойдет, если уровень воды в системе охлаждения опустится ниже патрубка верхнего бачка радиатора (уровень ав)?
Вода циркулирует по двигателю против часовой стрелки. Она нагревается в рубашке и охлаждается в радиаторе, благодаря чему возникает конвекция. Если вода опустится до уровня ab, ее циркуляция прекратится, двигатель перегреется.
981. Почему грязный снег в солнечную погоду тает быстрее, чем чистый?
Грязный снег поглощает больше энергии излучения Солнца.
982. Зачем оболочку стратостата красят серебряной краской?
Для отражения солнечного излучения во избежание перегревания оболочки.
983. Какие почвы лучше прогреваются солнечными лучами: черноземные или подзолистые, имеющие более светлую окраску?
Черноземные.
984. Зачем в железнодорожных вагонах-ледниках, служащих для перевозки фруктов, мяса, рыбы и других скоропортящихся продуктов, промежутки между двойными стенками заполняют войлоком или несколькими слоями каких-либо пористых веществ, а снаружи вагоны окрашивают в белый или светло-желтый цвет?
Для уменьшения теплопередачи и передачи энергии посредством излучения.
985. В каком платье летним днем менее жарко: в белом или в темном? Объясните почему.
В белом, потому что оно поглощает меньше солнечной энергии, передаваемой посредством излучения.
986. Объясните назначение стеклянных рам в парниках.
Стеклянные рамы в парниках хорошо пропускают солнечное излучение, но препятствуют конвекции воздуха. Поэтому температура воздуха в парниках выше температуры внешней среды.
987. Почему вода в открытых водоемах нагревается солнечными лучами медленнее, чем суша?
Вода лучше, чем суша, отражает солнечные лучи.
988. Почему горячая вода, оставленная в термосе, со временем охлаждается?
За счет медленных процессов теплопередачи.
989. Можно ли термос временно использовать для хранения мороженого?
Можно.
Посредством теплопроводности.
946. В каком случае процесс теплообмена произойдет быстрее, если в горячую воду наливать холодную; в холодную наливать горячую той же массы?
Если в горячую воду наливать холодную, процесс конвекции пойдет быстрее.
947. Почему в прудах, лунках, озерах лед появляется вначале на поверхности?
Поверхность воды обменивается (отдает тепло) теплом с холодным воздухом.
948. Почему нагретые детали охлаждаются в воде быстрее, чем на воздухе?
Теплопроводность воды выше, чем у воздуха.
949. Приведите примеры изменения внутренней энергии тела в процессе теплообмена.
Термометр изменяет свою внутреннюю энергию при взаимодействии с окружающей средой.
950. Почему в безветрие пламя свечи устанавливается вертикально?
В процессе конвекции раскаленный газ (пламя) поднимается вертикально вверх, вытесняемый более тяжелым холодным воздухом.
951. Зачем канализационные и водопроводные трубы зарывают в землю на значительную глубину?
Для уменьшения потери тепла в результате теплообмена труб с окружающей средой. Теплопроводность фунта достаточно низка.
952. Зачем ствол винтовки покрывают деревянной накладкой?
Теплопроводность дерева низкая и его используют при необходимости предохранения тела от перегрева.
953. Медный и стеклянный сосуды одинаковой массы и вместимости одновременно заполнили горячей водой. В каком сосуде быстрее закончится процесс теплообмена?
В медном, поскольку его теплопроводность выше.
954. Почему вы обжигаете губы, когда пьете чай из металлической кружки, и не обжигаете, когда пьете чай из фарфоровой кружки? (Температура чая одинаковая.)
Теплопроводность металла выше, чем у фарфора.
955. В каком чайнике вода скорее нагреется: в новом или старом, на стенках которого имеется накипь? (Чайники одинаковые.)
В новом. Его теплопроводность выше и поэтому теплообмен осуществляется быстрее.
956. Если температура в комнате 16 °С, то нам не холодно, но если войти в воду, температура которой 20 °С, то мы ощущаем довольно сильный холод. Почему?
Теплообмен человека с водой интенсивнее теплообмена человека с воздухом.
957. Если деревянный цилиндр, инкрустированный металлом, обернуть листом бумаги и подержать над пламенем спиртовки (рис. 259), то бумага обугливается сначала в местах, не соприкасающихся с металлом. Почему?
Дерево отводит теплоту от бумаги медленнее, чем металл, поскольку его теплопроводность ниже.
958. При одинаковой температуре (ниже температуры тела человека) кирпич на ощупь кажется теплее гранита. Какой из этих строительных материалов обладает лучшей теплопроводностью?
Гранит.
959. Зимой на улице металл на ощупь холоднее дерева. Какими будут казаться на ощупь металл и дерево в сорокаградусную жару? Почему?
Металл будет казаться теплее дерева, поскольку он обладает большей теплопроводностью.
960. В какой обуви больше мерзнут ноги зимой: в просторной или тесной?
В тесной, поскольку в ней нет воздушной прослойки, обладающей низкой теплопроводностью.
961. Почему шерстяная одежда сохраняет теплоту лучше, чем хлопчатобумажная?
Шерстяной ворс задерживает воздух, обладающий малой теплопроводностью, и уменьшает процесс конвекции.
962. Зачем на зиму приствольные круги земли у плодовых деревьев покрывают слоями торфа, навоза или древесных опилок?
Для задержки теплого воздуха путем уменьшения конвекции и теплопередачи.
963. По озеру на большой скорости идет катер. Как вы считаете, изменяется ли при этом внутренняя энергия той части воды в озере, которая отбрасывается винтом катера?
Да, за счет силы трения между винтом и водой.
964. Прежде чем налить в стакан кипяток, в стакан опускают чайную ложку. Объясните, для чего это делают.
Ложка обладает хорошей теплопроводностью и быстро отводит тепло. При резком изменении температуры стакан может лопнуть.
965. Зачем в странах Средней Азии местные жители во время сильной жары носят шапки-папахи и ватные халаты?
Благодаря одежде появляется воздушная прослойка, которая в значительной степени уменьшает теплообмен между телом человека и окружающей средой.
966. Почему снегозадержание, проводимое на полях в засушливых областях страны, не только хорошее средство накопления влаги в почве, но и средство борьбы с вымерзанием озимых посевов?
Рыхлый снег обладает плохой теплопроводностью и замедляет процесс теплообмена.
967. Изменится ли давление воды на дно сосуда (см. рис. 158), если перенести сосуд из теплой комнаты в холодную? Почему в теплой комнате в нижней части сосуда вода будет перемещаться слева направо?
Да. Воздух в левой части сосуда за счет внутренней энергии будет расширяться, увеличивая давление на воду. Она будет перемещаться слева направо.
968. Мальчик сделал термос (рис. 260). Объясните назначение мятой бумаги в крышке ящика, подушек, мятой бумаги, пересыпанной древесными опилками, в нижней части ящика.
Эти материалы уменьшает теплообмен колбы термоса с внешней средой.
969. Почему все пористые строительные материалы (пористый кирпич, пеностекло, пенистый бетон и др.) обладают лучшими теплоизоляционными свойствами, чем плотные стройматериалы?
В их порах содержится воздух, обладающий низкой теплопроводностью.
970. Мальчик зарисовал воробья (рис. 261) один раз летом, а другой раз зимой. Какой из рисунков сделан зимой?
Правый воробей нарисован зимой.
971. В каком направлении, вверх или вниз, движется вода в радиаторе при работе двигателя трактора (рис. 262)?
Опускается вниз, поскольку в радиаторе она охлаждается.
972. Объясните, почему батареи центрального отопления ставят обычно под окнами.
Холодный воздух, поступающий через окно, тяжелее теплого, и поэтому он опускается вниз, где нагревается от батареи центрального отопления.
973. Как образуются бризы? (Бризы — местные ветры, дующие днем с моря на сушу, а ночью с суши на море.)
Днем поверхность суши нагрета сильнее поверхности моря. Теплый воздух с суши поднимается и на его место устремляется более тяжелый и холодный воздух с моря. Ночью все происходит наоборот.
974. Зачем в верхних и нижних частях корпусов проекционных аппаратов, больших электрических фонарей, киноаппаратов делают отверстия?
Для их охлаждения. Если в нижней и верхней частях корпуса есть отверстия, то в нем возникает циркуляция воздуха. Нагретый воздух выходит через верхнее отверстие, а его место занимает холодный воздух, поступающий из нижнего отверстия.
975. В промышленных холодильниках воздух охлаждается с помощью труб, по которым течет охлажденная жидкость. Где надо располагать эти трубы: вверху или внизу помещения?
Охлаждающие устройства надо располагать вверху для осуществления естественной конвекции.
976. Сильная струя воздуха, которая идет на вас от настольного вентилятора, создает прохладу. Можно ли этой струей сохранить мороженое в твердом виде?
Нельзя, т.к. вентилятор нагнетает на мороженое воздух, температура которого все равно больше температуры таяния мороженого.
977. Почему в печах с высокими трубами тяга больше, чем в печах с низкими трубами?
Чем выше труба, тем больше разность давлений на ее концах. Тяга больше.
978. Почему в металлических печных трубах тяга меньше, чем в кирпичных трубах?
Высокая теплопроводность металла способствует большему охлаждению газов и уменьшению разности давлений на концах трубы. Тяга меньше.
979. Возможны ли конвекционные потоки в жидкостях или газах в искусственном спутнике Земли в состоянии невесомости? (Объясните почему.)
Нет, потому что конвекция осуществляется за счет силы Архимеда, которой не возникает в состоянии невесомости.
980. На рисунке 262 изображена упрощенная схема водяного охлаждения двигателя трактора, которая состоит из рубашки двигателя 1, радиатора 2, трубопровода и вентилятора 3. Объясните, как осуществляется охлаждение цилиндров двигателя. Что произойдет, если уровень воды в системе охлаждения опустится ниже патрубка верхнего бачка радиатора (уровень ав)?
Вода циркулирует по двигателю против часовой стрелки. Она нагревается в рубашке и охлаждается в радиаторе, благодаря чему возникает конвекция. Если вода опустится до уровня ab, ее циркуляция прекратится, двигатель перегреется.
981. Почему грязный снег в солнечную погоду тает быстрее, чем чистый?
Грязный снег поглощает больше энергии излучения Солнца.
982. Зачем оболочку стратостата красят серебряной краской?
Для отражения солнечного излучения во избежание перегревания оболочки.
983. Какие почвы лучше прогреваются солнечными лучами: черноземные или подзолистые, имеющие более светлую окраску?
Черноземные.
984. Зачем в железнодорожных вагонах-ледниках, служащих для перевозки фруктов, мяса, рыбы и других скоропортящихся продуктов, промежутки между двойными стенками заполняют войлоком или несколькими слоями каких-либо пористых веществ, а снаружи вагоны окрашивают в белый или светло-желтый цвет?
Для уменьшения теплопередачи и передачи энергии посредством излучения.
985. В каком платье летним днем менее жарко: в белом или в темном? Объясните почему.
В белом, потому что оно поглощает меньше солнечной энергии, передаваемой посредством излучения.
986. Объясните назначение стеклянных рам в парниках.
Стеклянные рамы в парниках хорошо пропускают солнечное излучение, но препятствуют конвекции воздуха. Поэтому температура воздуха в парниках выше температуры внешней среды.
987. Почему вода в открытых водоемах нагревается солнечными лучами медленнее, чем суша?
Вода лучше, чем суша, отражает солнечные лучи.
988. Почему горячая вода, оставленная в термосе, со временем охлаждается?
За счет медленных процессов теплопередачи.
989. Можно ли термос временно использовать для хранения мороженого?
Можно.