Номер 4, страница 21 - гдз по физике 8 класс учебник Исаченкова, Громыко

4. В каком из электрочайников (рис. 39) одинакового объема вода остынет раньше?

Рис. 39

Решение

Процесс остывания воды в чайниках связан с передачей тепла от горячей воды в окружающую среду. Эта теплопередача осуществляется в основном за счет двух механизмов: конвекции и теплового излучения. Поскольку формы и размеры чайников схожи, можно предположить, что теплоотдача за счет конвекции для них будет примерно одинаковой. Следовательно, основное различие в скорости остывания будет определяться интенсивностью теплового излучения с их поверхностей.

На рисунке показаны два чайника: один со светлой, блестящей поверхностью (слева), а другой — с тёмной поверхностью (справа).

Интенсивность теплового излучения зависит от свойств поверхности тела. Мощность теплового излучения описывается законом Стефана-Больцмана. Для тела с температурой $T$, находящегося в среде с температурой $T_0$, мощность чистых потерь тепла за счет излучения $P$ равна:

$P = \epsilon \sigma S (T^4 - T_0^4)$

где $\epsilon$ — коэффициент излучения (степень черноты) поверхности, $\sigma$ — постоянная Стефана-Больцмана, а $S$ — площадь поверхности.

Ключевым параметром в данном случае является коэффициент излучения $\epsilon$. Тёмные, матовые тела являются хорошими излучателями тепла (их коэффициент излучения $\epsilon$ близок к 1), в то время как светлые, блестящие тела — плохие излучатели (их $\epsilon$ близок к 0).

Таким образом, чайник с тёмной поверхностью будет терять тепло за счет излучения значительно быстрее, чем чайник со светлой блестящей поверхностью. В результате вода в тёмном чайнике остынет раньше.

Ответ: Вода остынет раньше в тёмном электрочайнике, потому что тёмные поверхности излучают тепловую энергию интенсивнее, чем светлые и блестящие.