Задание №5 — ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ
В тёплом помещении в два одинаковых чайника налили одинаковый объём горячего чая. Один из чайников накрыли чехлом («грелкой для чайников»), изготовленным из плотной хлопчатобумажной ткани (см. рисунок).
В каком из чайников чай остынет быстрее при прочих равных условиях?
В чайнике, накрытом чехлом, чай остынет быстрее, так как ткань чехла имеет теплопроводность, бо́льшую теплопроводности воздуха, и быстрее передаёт тепло от чайника в окружающую среду.
В чайнике, накрытом чехлом, чай будет остывать медленнее, так как чехол дополнительно греет чайник с чаем.
В чайнике, накрытом чехлом, чай будет остывать медленнее, так как чехол препятствует теплообмену между чайником и окружающей средой.
В чайнике, накрытом чехлом, чай остынет быстрее, так как дополнительная энергия идёт на нагревание чехла для чайника.
Правильный ответ
3
Пояснение
Решение.
Для решения данной задачи необходимо рассмотреть процесс теплообмена между горячим чаем и окружающей средой. Остывание чая происходит за счёт передачи внутренней энергии от более нагретого тела (чайника с чаем) к менее нагретому (воздуху в помещении).
1. Теплопроводность: Ткань, из которой изготовлен чехол, обладает пористой структурой. Между волокнами ткани удерживается воздух. Воздух является плохим проводником тепла (обладает низкой теплопроводностью). Таким образом, слой ткани с прослойками воздуха создаёт дополнительный теплоизоляционный барьер.
2. Конвекция: Чехол ограничивает движение воздуха непосредственно у стенок чайника. Это уменьшает потерю тепла путём конвекции, так как нагретый воздух не может быстро уйти от поверхности чайника и заместиться холодным.
3. Сравнение условий:
— В чайнике без чехла теплообмен со средой происходит беспрепятственно через стенки чайника.
— В чайнике, накрытом чехлом, теплообмен существенно замедляется из-за низкой теплопроводности материала чехла и ограничения конвекционных потоков. Следовательно, чай в таком чайнике будет остывать медленнее.
4. Анализ вариантов: Вариант №2 неверен, так как чехол сам по себе не является источником энергии и не «греет» чайник. Варианты №1 и №4 противоречат физическому смыслу теплоизоляции. Вариант №3 верно описывает физическую причину: чехол служит препятствием для теплообмена.
Ответ: 3
Источник: ФИПИ