Домашнее задание, страница 14 - гдз по физике 8 класс учебник Исаченкова, Громыко

Возьмите две одинаковые по массе спицы: пластмассовую и металлическую. Опустите их одним концом в стакан с горячей водой. Через минуту коснитесь свободных концов спиц. Объясните результат опыта.

Решение

При проведении описанного опыта мы обнаружим, что через минуту свободный конец металлической спицы станет горячим на ощупь, в то время как свободный конец пластмассовой спицы практически не изменит свою температуру и останется холодным.

Это явление объясняется различием в теплопроводности материалов, из которых изготовлены спицы. Теплопроводность — это процесс переноса тепловой энергии от более нагретых частей тела к менее нагретым в результате теплового движения и взаимодействия частиц (атомов, молекул, электронов).

1. Металлическая спица: Металлы обладают высокой теплопроводностью. Это связано с особенностями их строения: в кристаллической решетке металлов есть большое количество свободных электронов. Когда один конец спицы погружается в горячую воду, электроны в этой части получают дополнительную энергию, их скорость движения увеличивается. Эти быстрые электроны перемещаются по всему объему металла, сталкиваются с другими электронами и ионами решетки, передавая им энергию. Этот процесс происходит очень быстро, поэтому тепло эффективно распространяется по всей длине спицы.

2. Пластмассовая спица: Пластмассы, в отличие от металлов, являются диэлектриками (теплоизоляторами) и обладают низкой теплопроводностью. В их структуре нет свободных электронов. Передача тепла в пластмассе происходит в основном за счет колебаний длинных полимерных цепей и их взаимодействия друг с другом. Этот механизм передачи энергии значительно медленнее, чем перенос энергии свободными электронами в металлах. Поэтому за одну минуту тепло не успевает дойти от погруженного в воду конца до свободного конца спицы.

Таким образом, разница в температуре свободных концов спиц обусловлена фундаментальным различием в механизмах теплопередачи в металлах (хороших проводниках) и пластмассах (плохих проводниках).

Ответ:

Свободный конец металлической спицы станет горячим, а свободный конец пластмассовой спицы останется практически холодным. Это объясняется тем, что металл имеет высокую теплопроводность и быстро передает тепло от горячей воды по своей длине, в то время как пластмасса является плохим проводником тепла (теплоизолятором) и передает тепло очень медленно.