Задание №14 — ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ

#44122Задание №14ФИПИ

Виды теплопередачиКоличество теплоты. Теплоёмкость

Используя термометр и часы, учитель на уроке провёл опыты по исследованию температуры остывающей воды с течением времени.
В алюминиевый и пластиковый стаканы он налил одинаковое количество горячей воды. Результаты измерений даны в таблицах 1 и 2.

Таблица 1. Остывание воды в алюминиевом стакане

t, ^оС	72	62	55	50	46
$\tau$ , мин.	0	5	10	15	20

Таблица 2. Остывание воды в пластиковом стакане

t, ^оС	72,0	65,0	60,5	56,7	53,3
$\tau$ , мин.	0	5	10	15	20

Из предложенного перечня выберите два утверждения, соответствующих проведённым опытам. Укажите их номера.

За время наблюдения вода в алюминиевом стакане остыла в большей степени, чем в пластиковом.

За 20 мин. вода в обоих стаканах остыла до комнатной температуры.

Чем больше температура воды, тем выше наблюдаемая скорость остывания.

За первые 10 мин. наблюдения вода в алюминиевом стакане остыла на 55 °С.

Испарение воды в пластиковом стакане происходит менее интенсивно, чем в алюминиевом.

Правильный ответ

Пояснение

Решение.

Для выбора верных утверждений проанализируем данные, представленные в таблицах, и сопоставим их с предложенными вариантами.

1. Проверим утверждение №1: «За время наблюдения вода в алюминиевом стакане остыла в большей степени, чем в пластиковом».
Начальная температура воды в обоих стаканах была одинаковой: $t_0 = 72 \, ^\circ\text{C}$ .
Через 20 минут (конец наблюдения) температура в алюминиевом стакане составила $t_{ал} = 46 \, ^\circ\text{C}$ , а в пластиковом — $t_{пл} = 53,3 \, ^\circ\text{C}$ .
Изменение температуры в алюминиевом стакане: $\Delta t_{ал} = 72 - 46 = 26 \, ^\circ\text{C}$ .
Изменение температуры в пластиковом стакане: $\Delta t_{пл} = 72 - 53,3 = 18,7 \, ^\circ\text{C}$ .
Следовательно, в алюминиевом стакане вода действительно остыла сильнее. Утверждение №1 верно.

2. Проверим утверждение №2: «За 20 мин. вода в обоих стаканах остыла до комнатной температуры».
Комнатная температура обычно составляет около $20\text{--}25 \, ^\circ\text{C}$ . Через 20 минут температура воды в стаканах была $46 \, ^\circ\text{C}$ и $53,3 \, ^\circ\text{C}$ . Процесс остывания продолжается, тепловое равновесие с окружающей средой еще не достигнуто. Утверждение №2 неверно.

3. Проверим утверждение №3: «Чем больше температура воды, тем выше наблюдаемая скорость остывания».
Рассмотрим алюминиевый стакан:
За первые 5 минут (от 0 до 5 мин) температура упала на $72 - 62 = 10 \, ^\circ\text{C}$ .
За последние 5 минут (от 15 до 20 мин) температура упала на $50 - 46 = 4 \, ^\circ\text{C}$ .
Аналогичная тенденция наблюдается и в пластиковом стакане. Это подтверждает физический закон: чем больше разность температур между телом и окружающей средой, тем интенсивнее происходит теплоотдача. Утверждение №3 верно.

4. Проверим утверждение №4: «За первые 10 мин. наблюдения вода в алюминиевом стакане остыла на $55 \, ^\circ\text{C}$ ».
Согласно таблице 1, через 10 минут температура воды стала равной $55 \, ^\circ\text{C}$ . Изменение температуры составило $\Delta t = 72 - 55 = 17 \, ^\circ\text{C}$ . В утверждении перепутано конечное значение температуры с величиной её изменения. Утверждение №4 неверно.

5. Проверим утверждение №5: «Испарение воды в пластиковом стакане происходит менее интенсивно, чем в алюминиевом».
Интенсивность испарения зависит от площади поверхности жидкости, её температуры и внешних условий (влажность, движение воздуха). В опыте эти параметры (кроме температуры, которая меняется) одинаковы. Различие в скорости остывания обусловлено прежде всего разной теплопроводностью материалов стаканов (алюминий проводит тепло лучше пластика). Данных для вывода именно об интенсивности испарения в таблицах недостаточно. Утверждение №5 неверно.

Ответ: 13

Источник: ФИПИ