Номер 9, страница 50 - гдз по физике 8 класс учебник Исаченкова, Громыко

9. Тепловые явления на кухне.

Теплопроводность

Теплопроводность – это процесс передачи тепловой энергии от более нагретых частей тела к менее нагретым в результате теплового движения и взаимодействия частиц, из которых состоит тело. На кухне это явление наблюдается повсеместно. Кастрюли и сковороды делают из металлов (алюминий, сталь, чугун) с высокой теплопроводностью, чтобы тепло от плиты быстро и равномерно передавалось продуктам. В то же время ручки у посуды часто делают из материалов с низкой теплопроводностью, таких как пластик, дерево или бакелит, чтобы они не нагревались и их можно было брать голыми руками. Металлическая ложка, оставленная в чашке с горячим чаем, быстро нагревается по всей длине именно из-за высокой теплопроводности металла. Тканевые прихватки защищают руки от ожогов, так как ткань и воздух между её волокнами плохо проводят тепло. Количество теплоты, необходимое для нагревания тела, описывается формулой $Q = c \cdot m \cdot \Delta t$, где $c$ – удельная теплоёмкость, $m$ – масса, $\Delta t$ – изменение температуры.

Ответ: Теплопроводность на кухне используется для эффективной передачи тепла пище (металлическая посуда) и для теплоизоляции, чтобы избежать ожогов (пластиковые ручки, прихватки).

Конвекция

Конвекция – это вид теплопередачи, при котором энергия переносится потоками жидкости или газа. На кухне конвекция играет ключевую роль при варке, жарке и запекании. Когда мы греем воду в кастрюле, нижние слои воды нагреваются от дна, становятся менее плотными и поднимаются вверх, а на их место опускаются более холодные и плотные верхние слои. Возникают конвекционные потоки, которые перемешивают воду и обеспечивают её равномерный прогрев. В духовке горячий воздух циркулирует, передавая тепло продуктам со всех сторон. В современных духовках часто есть вентилятор для усиления конвекции и более быстрого и равномерного приготовления. Распространение запахов от готовящейся еды по всей кухне – это тоже результат конвекции воздушных масс.

Ответ: Конвекция обеспечивает равномерный нагрев жидкостей (воды в кастрюле) и газов (воздуха в духовке) и способствует распространению запахов.

Излучение

Тепловое излучение – это перенос энергии с помощью электромагнитных волн, испускаемых нагретыми телами. В отличие от теплопроводности и конвекции, для излучения не требуется среда. Мы чувствуем тепло от горячей плиты или открытой духовки, даже не прикасаясь к ним – это тепло передается излучением. В гриле или тостере раскаленные спирали интенсивно излучают в инфракрасном диапазоне, поджаривая хлеб или мясо. Микроволновая печь использует другой тип излучения – микроволны, которые заставляют молекулы воды в пище колебаться, что приводит к быстрому нагреву изнутри. Цвет посуды также имеет значение: тёмные и матовые поверхности лучше поглощают излучение и быстрее нагреваются, в то время как светлые и блестящие – отражают его.

Ответ: Тепловое излучение используется для бесконтактного нагрева и приготовления пищи в грилях, тостерах и микроволновых печах.

Фазовые переходы: испарение и конденсация

Испарение – это процесс перехода вещества из жидкого состояния в газообразное. Кипение – это интенсивное испарение по всему объему жидкости. Для испарения требуется энергия, называемая удельной теплотой парообразования ($L$). Количество теплоты для превращения жидкости в пар рассчитывается по формуле $Q = L \cdot m$. Именно поэтому для кипячения воды требуется много энергии, а температура кипящей воды остается постоянной (100°C при нормальном давлении), пока вся вода не выкипит. Пар, поднимающийся от кастрюли, может конденсироваться на холодной крышке. Конденсация – обратный процесс, при котором выделяется то же количество теплоты. Поэтому крышка и капли на ней очень горячие. Капли воды на стенках холодного стакана в тёплой комнате – это тоже результат конденсации водяного пара из воздуха.

Ответ: Испарение (кипение) воды требует большого количества энергии для приготовления пищи, а конденсация пара на холодных поверхностях (крышках, окнах) сопровождается выделением тепла.

Фазовые переходы: плавление и затвердевание

Плавление – это переход вещества из твердого состояния в жидкое, который происходит при определенной температуре (температуре плавления). Этот процесс требует затрат энергии, называемой удельной теплотой плавления ($\lambda$). Количество теплоты, необходимое для плавления, равно $Q = \lambda \cdot m$. На кухне мы наблюдаем плавление, когда растапливаем сливочное масло на сковороде, плавим шоколад для десерта или сыр на пицце. Лед в напитке тает, поглощая тепло из жидкости и тем самым охлаждая ее. Затвердевание (или кристаллизация) – обратный процесс, при котором выделяется тепло. Например, когда мы делаем лед в морозильной камере, холодильник отводит тепло от воды, заставляя ее замерзнуть.

Ответ: Плавление используется для изменения консистенции продуктов (масло, шоколад) и для охлаждения (таяние льда), а затвердевание – для заморозки (приготовление льда).

Зависимость температуры кипения от давления

Температура кипения жидкости зависит от внешнего давления. С увеличением давления температура кипения повышается, а с уменьшением – понижается. Это явление используется в скороварках. В герметично закрытой скороварке по мере нагрева образующийся пар повышает давление внутри. При давлении около 2 атмосфер вода кипит при температуре примерно 120°C. При более высокой температуре пища готовится значительно быстрее. Другой пример – крышка, подпрыгивающая на кастрюле с кипящей водой. Давление пара под крышкой становится достаточным, чтобы приподнять её (пар совершает работу $A = p \cdot \Delta V$), после чего часть пара выходит, давление падает, и крышка опускается на место.

Ответ: Повышение давления в скороварке увеличивает температуру кипения воды, что позволяет значительно ускорить процесс приготовления пищи.