Тепловые Явления

Задание №7. Распознавание Физических Явлений

№2. Задание 7

ID: 00048937

В технике для охлаждения сильно нагревающихся деталей механизмов часто используют воду. При этом лучше всего система охлаждения работает, если вода течёт по нагретым деталям (её приводят в движение с помощью насосов). Благодаря какому физическому свойству вода может выполнять функцию охладителя? Объясните, почему текущая вода лучше охлаждает механизмы, чем стоячая?

Источник: ВПР 2020

Решение

В задаче два вопроса: чем вода хороша сама по себе и зачем ей ещё и течь. Разбираем по очереди.

Первый вопрос. Охладитель должен забрать у детали как можно больше теплоты и при этом сам не раскалиться. Сколько теплоты получает вода, показывает формула:

$Q=cm\Delta t$

У воды удельная теплоёмкость очень большая: $$c=4200$$ Дж/(кг·°С). Для сравнения, у стали всего $$500$$ Дж/(кг·°С). Значит, при том же нагреве и той же массе вода принимает примерно в $$8$$ раз больше теплоты, чем сталь.

Второй вопрос. Теплота переходит от горячего к холодному, и переходит тем быстрее, чем больше разность температур. Стоячая вода у детали постепенно нагревается, разность температур падает, и охлаждение слабеет.

Насос эту проблему снимает. Нагретая вода уходит и уносит с собой теплоту, а на её место приходит холодная. Разность температур всё время остаётся большой.

Проверим себя: $$4200:500=8{,}4$$ , так что слова «примерно в $$8$$ раз» верны. И второе: горячий чай остывает быстрее, если его помешивать, потому что к стенкам чашки подходят всё новые горячие слои. Тот же принцип, только у насоса он работает сильнее.

Ответ

Благодаря большой удельной теплоёмкости вода забирает много теплоты, почти не нагреваясь, а текущая вода лучше стоячей, потому что к детали всё время подходит новая холодная порция.

Другие задания по теме «Тепловые Явления» (8)