Задание №5 — ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ
Из какой кружки – металлической или керамической – безопаснее пить одинаково горячий чай, чтобы не обжечь губы? Обе кружки были предварительно прогреты.
Из керамической, так как теплоёмкость керамики больше теплоёмкости металла, и горячий чай передаёт больше энергии на нагревание кружки.
Из керамической, так как теплопроводность керамики намного меньше теплопроводности металла, кружка из керамики медленнее отдаёт тепло губам.
Из металлической, так как теплопроводность металла намного больше теплопроводности керамики, и чай в металлической кружке остынет быстрее.
Для ответа на вопрос необходимо иметь дополнительные данные о массе кружек и их форме.
Правильный ответ
2
Пояснение
Решение.
Для того чтобы ответить на вопрос, необходимо рассмотреть физический процесс передачи тепла от горячего напитка к губам человека через стенки кружки.
1. Физическое явление. Основным способом передачи энергии в данном случае является теплопроводность — процесс переноса внутренней энергии от более нагретых частей тела к менее нагретым за счёт теплового движения и взаимодействия частиц. Скорость этого процесса напрямую зависит от коэффициента теплопроводности материала.
2. Сравнение материалов. Металлы обладают очень высокой теплопроводностью. Это означает, что тепло от горячего чая практически мгновенно передаётся через металлическую стенку к губам. Керамика, напротив, является плохим проводником тепла (диэлектриком), её теплопроводность во много раз меньше, чем у металлов.
3. Применение к условию. Когда мы подносим кружку к губам, металлическая кружка из-за высокой теплопроводности очень быстро отдает накопленную энергию и продолжает интенсивно проводить тепло от чая, что приводит к ожогу. Керамическая кружка из-за низкой теплопроводности отдаёт тепло очень медленно, поэтому её край не кажется таким обжигающим, даже если чай внутри очень горячий.
4. Анализ вариантов. Вариант №1 неверен, так как теплоёмкость влияет на количество поглощённой энергии при нагреве самой кружки, но не определяет скорость передачи тепла губам. Вариант №3 неверен, так как высокая теплопроводность металла делает питьё опасным, а не безопасным. Таким образом, правильным является объяснение через низкую теплопроводность керамики.
Ответ: 2
Источник: ФИПИ