Задание №14 — ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ

Решение.

Для выбора верных утверждений проанализируем данные, представленные в таблице. В ней указана зависимость температуры воды $t$ в градусах Цельсия от времени наблюдения $\tau$ в минутах.

1. Анализ утверждения №1: «Остывание воды происходит до комнатной температуры».
Из таблицы видно, что за 20 минут температура воды снизилась с $72 \text{ }^{\circ}\text{C}$ до $46 \text{ }^{\circ}\text{C}$. Процесс остывания на момент последнего измерения еще продолжается, и мы не видим установившегося значения температуры, которое соответствовало бы температуре окружающей среды. Хотя физически это утверждение верно в долгосрочной перспективе, данные таблицы не позволяют это подтвердить или опровергнуть. Утверждение не соответствует проведенным измерениям.

2. Анализ утверждения №2: «За первые 5 мин. вода остыла в большей степени, чем за следующие 5 мин».
Рассчитаем изменение температуры за разные промежутки времени:
— За первые 5 минут (от 0 до 5 мин): $\Delta t_1 = 72 \text{ }^{\circ}\text{C} - 62 \text{ }^{\circ}\text{C} = 10 \text{ }^{\circ}\text{C}$.
— За следующие 5 минут (от 5 до 10 мин): $\Delta t_2 = 62 \text{ }^{\circ}\text{C} - 55 \text{ }^{\circ}\text{C} = 7 \text{ }^{\circ}\text{C}$.
Сравним: $10 \text{ }^{\circ}\text{C} > 7 \text{ }^{\circ}\text{C}$. Утверждение верно.

3. Анализ утверждения №3: «Температура остывающей воды обратно пропорциональна времени наблюдения».
Обратная пропорциональность означает, что при увеличении времени в $n$ раз температура должна уменьшаться в $n$ раз ($t \sim 1/\tau$).
Проверим: в момент $\tau = 5 \text{ мин}$, $t = 62 \text{ }^{\circ}\text{C}$. Если бы зависимость была обратно пропорциональной, то при $\tau = 10 \text{ мин}$ (время увеличилось в 2 раза) температура должна была стать $62 / 2 = 31 \text{ }^{\circ}\text{C}$. Однако в таблице указано $55 \text{ }^{\circ}\text{C}$. Утверждение неверно.

4. Анализ утверждения №4: «Скорость остывания воды уменьшается по мере охлаждения воды».
Скорость остывания — это изменение температуры в единицу времени. Мы уже вычислили, что за первые 5 минут вода остыла на $10 \text{ }^{\circ}\text{C}$, за вторые 5 минут — на $7 \text{ }^{\circ}\text{C}$.
Проверим далее:
— От 10 до 15 мин: $\Delta t_3 = 55 \text{ }^{\circ}\text{C} - 50 \text{ }^{\circ}\text{C} = 5 \text{ }^{\circ}\text{C}$.
— От 15 до 20 мин: $\Delta t_4 = 50 \text{ }^{\circ}\text{C} - 46 \text{ }^{\circ}\text{C} = 4 \text{ }^{\circ}\text{C}$.
Мы видим, что за равные промежутки времени (по 5 минут) изменение температуры становится всё меньше ($10 > 7 > 5 > 4$). Значит, скорость остывания действительно уменьшается. Утверждение верно.

5. Анализ утверждения №5: «По мере остывания скорость испарения уменьшается».
С точки зрения физики это утверждение справедливо, так как скорость испарения зависит от температуры жидкости. Однако в данном опыте исследовалась только температура воды от времени. Прямых измерений скорости испарения (например, изменения массы воды) учитель не проводил. Следовательно, это утверждение не может быть выбрано как соответствующее проведенным измерениям.

Ответ: 24

Источник: ФИПИ