Задание №5 — ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ
Возьмём два одинаковых стеклянных кувшина (1 и 2, см. рисунок), наполним их одинаковым количеством воды комнатной температуры. Второй кувшин накроем куском чёрной ткани. Поставим кувшины на солнце и будем измерять температуру в них каждые полчаса. В каком кувшине температура воды будет повышаться быстрее?
В первом. Прозрачное стекло будет полностью пропускать падающие на него солнечные лучи, которые и будут нагревать воду в кувшине. Непрозрачная ткань не пропускает солнечные лучи.
Во втором. Ткань чёрного цвета (в отличие от светлых поверхностей) полностью поглощает падающий на неё свет, энергия которого превращается в тепло.
В первом. Тела чёрного цвета отражает все падающие на них световые лучи, когда как предметы белого цвета полностью поглощают их.
Во втором. В первом кувшине вода интенсивно испаряется, что приводит к её охлаждению. Ткань, накрывающая второй кувшин, препятствует процессу испарения воды.
Правильный ответ
2
Пояснение
Решение.
Для решения данной задачи необходимо рассмотреть процесс передачи энергии от Солнца к воде в обоих кувшинах и вспомнить, как цвет поверхности влияет на поглощение излучения.
1. Физическое явление: Нагревание тел под воздействием солнечных лучей происходит за счёт процесса излучения. Когда электромагнитные волны (свет) падают на поверхность тела, часть энергии отражается, а часть поглощается, превращаясь во внутреннюю энергию тела (тепло).
2. Влияние цвета: Способность тел поглощать энергию излучения сильно зависит от состояния их поверхности и цвета. Тёмные поверхности (особенно чёрные) поглощают практически всю энергию падающего на них видимого света. Светлые и прозрачные поверхности, напротив, большую часть лучей отражают или пропускают сквозь себя.
3. Сравнение кувшинов:
— В первом случае кувшин стеклянный и прозрачный. Значительная часть солнечных лучей проходит сквозь стекло и воду, не задерживаясь, поэтому нагрев происходит медленнее.
— Во втором случае кувшин накрыт чёрной тканью. Чёрный цвет является наилучшим поглотителем солнечной энергии. Ткань быстро нагревается сама и передаёт полученное тепло стенкам кувшина и воде внутри него посредством теплопроводности.
4. Анализ вариантов ответа:
— Вариант 1 неверен, так как прозрачность стекла снижает эффективность поглощения энергии.
— Вариант 3 содержит фактическую ошибку: чёрные тела поглощают свет, а не отражают его.
— Вариант 4 рассматривает испарение, но в данном опыте ключевым фактором является именно разница в поглощении лучистой энергии из-за цвета внешней оболочки.
— Вариант 2 полностью соответствует законам физики: чёрная ткань поглощает свет и превращает его энергию в тепло, что ускоряет рост температуры.
Таким образом, вода во втором кувшине будет нагреваться быстрее.
Ответ: 2
Источник: ФИПИ