Задание №5 — ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ
Два одинаковых бруска льда внесли в тёплое помещение. Первый брусок оставили открытым, а второй обернули шерстяным шарфом, находившимся в том же помещении. Какой брусок льда нагревается медленнее, а какой быстрее?
Второй брусок нагревается медленнее, так как шарф препятствует процессу теплообмена (за счёт конвекции и излучения) между льдом и окружающим воздухом.
Второй брусок нагревается быстрее, так как теплопроводность шерсти больше теплопроводности воздуха, так что передача энергии от воздуха ко льду идёт более интенсивно.
Второй брусок нагревается быстрее, так как шерстяной шарф дополнительно согревает лёд.
Бруски нагреваются с одинаковой скоростью, так как шарф имеет такую же температуру, что и окружающий воздух.
Правильный ответ
1
Пояснение
Решение.
Для решения данной задачи необходимо проанализировать процесс теплообмена между льдом и окружающей средой в тёплом помещении.
1. Физическое явление. Когда холодное тело (лёд) помещают в тёплую среду (воздух в комнате), начинается процесс теплопередачи. Энергия передаётся от более нагретого воздуха к менее нагретому льду. Теплообмен в данном случае осуществляется путём конвекции (движение воздуха вокруг бруска), теплопроводности и излучения.
2. Роль шерстяного шарфа. Шерсть является пористым материалом, между волокнами которого находится воздух. И шерсть, и неподвижный воздух обладают очень низкой теплопроводностью. Таким образом, шерстяной шарф выступает в роли теплоизолятора.
3. Механизм действия. Обернув второй брусок шарфом, мы создаём барьер, который препятствует свободному доступу тёплого воздуха к поверхности льда (ограничивает конвекцию) и поглощению теплового излучения. Шарф сам по себе не является источником тепла; он лишь замедляет скорость передачи энергии от окружающей среды к телу.
4. Сравнение. Первый брусок льда контактирует с тёплым воздухом напрямую, поэтому он получает энергию быстрее и, следовательно, нагревается (и начинает таять) быстрее. Второй брусок, защищённый теплоизоляционным слоем шарфа, получает энергию медленнее, поэтому процесс его нагревания протекает медленнее.
Следовательно, верным является утверждение, что второй брусок нагревается медленнее из-за препятствования процессам теплообмена.
Ответ: 1
Источник: ФИПИ