Номер 5, страница 50 - гдз по физике 8 класс учебник Исаченкова, Громыко

5. Тепловые явления на службе у дачников и жителей села.

Тепловые явления играют огромную роль в повседневной жизни дачников и сельских жителей, помогая им в ведении хозяйства, строительстве, выращивании урожая и создании комфортных условий для жизни. Рассмотрим основные физические явления и их практическое применение.

Теплопроводность

Теплопроводность — это способность тел передавать тепло от более нагретых своих частей к менее нагретым. Вещества с низкой теплопроводностью (теплоизоляторы) плохо проводят тепло, а с высокой (проводники) — хорошо. Это свойство активно используется в сельском быту.

• Утепление жилых и хозяйственных построек: Для сохранения тепла зимой и прохлады летом дома и сараи строят из материалов с низкой теплопроводностью, таких как дерево, кирпич, пеноблоки. Дополнительно используют утеплители (минеральная вата, пенопласт), которые содержат много воздуха — очень плохого проводника тепла. Двойные или тройные рамы в окнах работают по тому же принципу: воздушная прослойка между стеклами значительно снижает теплопотери.
• Сохранение урожая в погребах и подвалах: Погреб, заглубленный в землю, использует низкую теплопроводность грунта. Земля медленно меняет свою температуру, поэтому зимой в погребе температура не опускается ниже нуля, а летом сохраняется прохлада, что создает идеальные условия для хранения овощей и консервации.
• Защита корней растений: Слой снега зимой и рыхление почвы летом — примеры использования плохой теплопроводности. Снег, будучи пористым, содержит много воздуха и служит "одеялом" для озимых культур и корней многолетних растений, защищая их от вымерзания. Аналогично, взрыхленная почва хуже проводит тепло от палящего солнца к корням растений летом.

Ответ: Явление теплопроводности используется для утепления домов (дерево, утеплители, двойные рамы), хранения урожая в погребах (низкая теплопроводность земли) и для защиты растений от перепадов температур (рыхление почвы, снежный покров).

Конвекция

Конвекция — это перенос тепла потоками жидкости или газа. Нагретые слои вещества становятся легче и поднимаются вверх, а холодные, более плотные, опускаются вниз, создавая циркуляцию.

• Отопление помещений: Классический пример — русская печь или любой другой отопительный прибор. Воздух, нагреваясь от печи, расширяется, его плотность уменьшается, и он поднимается к потолку. Остывая, он опускается вдоль стен, создавая конвекционные потоки, которые равномерно прогревают все помещение.
• Создание тяги в дымоходе: Горение дров в печи невозможно без притока кислорода. Горячие продукты сгорания (дым) имеют значительно меньшую плотность, чем окружающий холодный воздух, и устремляются вверх по трубе дымохода. Это создает разрежение в топке, которое засасывает новые порции воздуха, поддерживая горение.
• Работа теплиц и парников: Внутри теплицы воздух, нагретый от солнца и почвы, поднимается вверх. У более холодных стенок и крыши он остывает и опускается. Эти конвекционные потоки способствуют перемешиванию воздуха и выравниванию температуры внутри сооружения.
• Защита от заморозков методом дымления: При угрозе ночных заморозков садоводы иногда разводят дымные костры. Слой дыма и теплого воздуха, который стелется над землей, препятствует конвекции — он не дает холодному воздуху с верхних слоев опуститься на растения, а теплому от земли — уйти вверх.

Ответ: Конвекция обеспечивает естественное отопление комнат от печи, создает тягу в дымоходах, способствует циркуляции воздуха в теплицах и используется в методе дымления для защиты садов от заморозков.

Излучение

Излучение — это перенос энергии в виде электромагнитных волн. Все нагретые тела излучают тепло, и чем выше их температура, тем интенсивнее излучение. Тела с темной поверхностью лучше поглощают и излучают энергию, а светлые и блестящие — хуже.

• Парниковый эффект: Главный принцип работы теплицы. Солнечное излучение (в основном видимый свет) свободно проходит сквозь стекло или пленку. Почва и растения поглощают его и нагреваются. Нагревшись, они сами начинают излучать тепло, но уже в виде инфракрасных волн. Для этих волн стекло и пленка в значительной степени непрозрачны, поэтому тепло оказывается "в ловушке", и температура внутри теплицы становится выше, чем снаружи.
• Летний душ и солнечные водонагреватели: Бочку для летнего душа или бак солнечного коллектора обычно красят в черный цвет. Темная поверхность максимально поглощает энергию солнечного излучения, что позволяет быстро и без затрат топлива нагреть воду.
• Сушка плодов, ягод и трав: Урожай раскладывают на открытом солнце. Прямое солнечное излучение нагревает продукты и ускоряет испарение из них влаги.

Ответ: Тепловое излучение лежит в основе работы теплиц (парниковый эффект), используется для нагрева воды в летнем душе, окрашенном в черный цвет, и для сушки урожая на солнце.

Испарение и конденсация

Испарение — процесс перехода вещества из жидкого состояния в газообразное, который происходит с поглощением тепла. Конденсация — обратный процесс, сопровождающийся выделением тепла.

• Охлаждение в жару: Поливая дорожки и площадки перед домом, можно заметно охладить воздух. Вода, испаряясь с поверхностей, забирает большое количество тепла из окружающей среды.
• Русская баня: При поддавании воды на раскаленные камни она мгновенно испаряется, образуя горячий пар. Этот пар, соприкасаясь с более холодным телом человека, конденсируется, выделяя при этом значительное количество теплоты (удельная теплота парообразования воды очень велика). Именно этот эффект обеспечивает глубокий прогрев.
• Консервирование продуктов: При стерилизации банок пар, образующийся при кипении воды, вытесняет воздух. После герметичного закрытия банки пар внутри, остывая, конденсируется. Давление внутри банки становится значительно ниже атмосферного, что обеспечивает плотное прилегание крышки и длительное хранение продуктов.
• Выпадение росы: Ночью земля и растения остывают за счет излучения. Когда их поверхность становится холоднее окружающего воздуха, водяной пар, содержащийся в воздухе, конденсируется на них в виде капель воды — росы. Роса является дополнительным источником влаги для растений.

Ответ: Испарение используется для охлаждения воздуха путем полива, а конденсация — ключевой процесс в русской бане (пар конденсируется на теле, выделяя тепло) и при консервировании (создание вакуума в банке). Роса, продукт конденсации, служит влагой для растений.

Плавление и кристаллизация

Плавление — переход вещества из твердого состояния в жидкое, идущий с поглощением тепла (удельная теплота плавления). Кристаллизация (или замерзание) — обратный процесс с выделением тепла.

• Защита растений от заморозков дождеванием: Если ожидаются заморозки, садоводы могут опрыскивать цветущие деревья водой. При понижении температуры до 0°C вода на ветках и цветах начинает замерзать. В процессе кристаллизации выделяется теплота, которая не дает температуре растения опуститься ниже 0°C, пока вся вода не замерзнет. Этого часто бывает достаточно, чтобы спасти нежные цветы и завязи от гибели. Количество выделяемой теплоты можно рассчитать по формуле $Q = \lambda \cdot m$, где $\lambda$ — удельная теплота плавления льда, $m$ — масса замерзающей воды.
• Таяние снега весной: Снег, тая, поглощает огромное количество тепла из окружающей среды. Этот процесс замедляет весеннее потепление, делая его более плавным и предотвращая резкие скачки температуры. Накопленная в снеге вода при таянии пропитывает почву, создавая запас влаги для будущего урожая.

Ответ: Явление кристаллизации с выделением тепла используется для защиты растений от заморозков методом дождевания. Плавление снега весной, идущее с поглощением тепла, обеспечивает почву влагой и сглаживает рост температуры.