Номер 6, страница 50 - гдз по физике 8 класс учебник Исаченкова, Громыко

6. Каким должен быть термос, чтобы кофе в нем оставался горячим максимальное время?

Решение:

Чтобы кофе в термосе оставался горячим максимально долго, необходимо свести к минимуму все возможные способы передачи тепла от горячего кофе к окружающей среде. Существует три основных механизма теплопередачи: теплопроводность, конвекция и тепловое излучение. Конструкция идеального термоса направлена на борьбу с каждым из них.

Уменьшение теплопроводности и конвекции

Теплопроводность — это передача тепла при непосредственном контакте тел или их частей, а конвекция — перенос тепла потоками жидкости или газа. Для их минимизации термос имеет особую конструкцию, известную как сосуд Дьюара.

• Двойные стенки и вакуум: Термос состоит из внутренней колбы, в которую наливают жидкость, и внешнего корпуса. Пространство между ними вакуумировано, то есть из него откачан воздух. Вакуум является превосходным теплоизолятором, поскольку в нем практически отсутствуют частицы (молекулы), которые могли бы передавать тепло от горячей внутренней стенки к холодной внешней посредством теплопроводности или конвекции.
• Герметичная крышка: Крышка (пробка) термоса также играет ключевую роль. Она должна быть сделана из материала с низкой теплопроводностью (например, пластик, пробка) и плотно, герметично закрывать горлышко. Это предотвращает утечку тепла как через сам материал крышки (теплопроводность), так и через выход горячего пара и циркуляцию воздуха (конвекция).
• Минимальный контакт: Внутренняя колба должна иметь минимально возможную площадь контакта с внешним корпусом (обычно только в районе горловины), чтобы уменьшить передачу тепла через эти точки.

Уменьшение теплового излучения

Любое нагретое тело испускает тепло в виде невидимых электромагнитных (инфракрасных) волн. Горячий кофе и внутренняя стенка термоса не являются исключением. Чтобы уменьшить эти потери, поверхности колбы и корпуса, обращенные друг к другу в вакуумную прослойку, делают зеркальными, например, покрывая их тонким слоем серебра. Зеркальная поверхность обладает низкой излучательной способностью и высокой отражательной способностью. Поэтому тепловые лучи от горячей внутренней колбы отражаются обратно к кофе, а не поглощаются внешней стенкой и не уходят в окружающую среду.

Ответ:

Чтобы кофе оставался горячим максимальное время, термос должен иметь следующую конструкцию:

1. Он должен состоять из двух сосудов (колб), вставленных один в другой — двойные стенки.
2. Пространство между стенками должно быть вакуумировано (вакуумная прослойка) для практически полного устранения теплопередачи посредством теплопроводности и конвекции.
3. Внутренние поверхности стенок, обращенные в вакуумный зазор, должны быть покрыты блестящим, отражающим слоем (зеркальные поверхности) для минимизации потерь тепла на излучение.
4. Термос должен иметь герметичную крышку, изготовленную из материала с плохой теплопроводностью, чтобы исключить потери тепла через горлышко.