Задание №14 — ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ

Решение.

Проанализируем каждое утверждение на основе данных, представленных в таблице измерений.

1) Остывание воды наблюдалось до $46 \text{ } ^\circ\text{C}$.
Посмотрим на таблицу: начальное значение температуры в момент времени $\tau = 0 \text{ мин}$ составляет $72 \text{ } ^\circ\text{C}$. Последнее зафиксированное значение в момент времени $\tau = 20 \text{ мин}$ составляет $46 \text{ } ^\circ\text{C}$. Следовательно, в рамках данного опыта остывание действительно наблюдалось до этой отметки. Утверждение верно.

2) За первые 5 мин. вода остыла на столько же градусов, на сколько и за следующие 5 мин.
Рассчитаем изменение температуры за разные промежутки времени:
- С 0 по 5 мин: $\Delta t_1 = 72 \text{ } ^\circ\text{C} - 62 \text{ } ^\circ\text{C} = 10 \text{ } ^\circ\text{C}$.
- С 5 по 10 мин: $\Delta t_2 = 62 \text{ } ^\circ\text{C} - 55 \text{ } ^\circ\text{C} = 7 \text{ } ^\circ\text{C}$.
Изменения температуры неодинаковы ($10 \neq 7$), значит, утверждение неверно.

3) Температура остывающей воды прямо пропорциональна времени наблюдения.
При прямой пропорциональности во сколько раз увеличивается время, во столько же раз должна меняться (в данном случае — уменьшаться) температура. Однако мы видим, что за равные промежутки времени (по 5 минут) температура падает на разное количество градусов. Кроме того, график прямой пропорциональности — это прямая, проходящая через начало координат, а здесь температура уменьшается нелинейно. Утверждение неверно.

4) По мере остывания скорость испарения уменьшается.
Это утверждение физически справедливо (скорость испарения зависит от температуры жидкости), однако оно не может быть подтверждено или опровергнуто только на основании данной таблицы, так как в опыте измерялась только температура и время, а скорость испарения (масса испарившейся воды) не фиксировалась. По условию нужно выбрать утверждения, соответствующие проведённым опытам. Утверждение не подходит.

5) Чем больше разница между температурой воды и температурой воздуха в комнате, тем скорость остывания выше.
Скорость остывания характеризуется изменением температуры за единицу времени ($\Delta t / \Delta \tau$).
В начале опыта (когда вода самая горячая и разница с комнатной температурой максимальна) за первые 5 минут вода остыла на $10 \text{ } ^\circ\text{C}$.
В конце опыта (когда вода стала холоднее и разница с комнатной температурой уменьшилась) за последние 5 минут (с 15 по 20 мин) вода остыла лишь на $50 \text{ } ^\circ\text{C} - 46 \text{ } ^\circ\text{C} = 4 \text{ } ^\circ\text{C}$.
Мы видим прямую зависимость: чем горячее вода (больше разность температур со средой), тем быстрее она отдает тепло. Утверждение верно.

Ответ: 15

Источник: ФИПИ