Global EE

Агрегатные… — Задание Физика 8 Класс №00049265

Задание №11. Задания из Сборников и Задачников

Агрегатные Состояния Вещества

№2. Задание без номера

ID: 00049265

Почему ствол орудия не плавится при выстреле, несмотря на то что температура плавления стали $1400\ {}^\circ\text{С}$, а при сгорании пороха в канале ствола орудия температура достигает $3600\ {}^\circ\text{С}$?

Источник: Сборник дидактических материалов Пёрышкина

Решение

На первый взгляд ствол обязан расплавиться: газ горячее стали с запасом. Но температура газа ещё не решает дело.

Чтобы расплавить сталь, нужно передать ей много теплоты: сначала нагреть до $1400\ {}^\circ\text{С}$, потом ещё расплавить. А теплота от газа передаётся не мгновенно.

Выстрел длится сотые доли секунды. За это время газ успевает отдать стволу только небольшую порцию теплоты. И эта порция быстро расходится по большой массе стали, потому что сталь хорошо проводит теплоту. Сильно разогревается лишь тонкий слой на внутренней поверхности.

Проверим себя числом. Пусть заряд пороха $5$ кг, а ствол $500$ кг (числа для примера). Удельная теплота сгорания пороха $3{,}8$ МДж/кг, поэтому весь заряд выделяет

$$Q=qm=3{,}8\cdot 10^6\cdot 5=19\cdot 10^6\text{ Дж}.$$

Даже если отдать всю эту теплоту стволу (на деле ему достаётся только часть), сталь с теплоёмкостью $500$ Дж/(кг·°С) нагреется на

$$\Delta t=\dfrac{Q}{cm}=\dfrac{19\cdot 10^6}{500\cdot 500}=76\ {}^\circ\text{С}.$$

До $1400\ {}^\circ\text{С}$ очень далеко. Поэтому ствол и не плавится. Но при долгой стрельбе порции накапливаются, и ствол приходится охлаждать.

Ответ

Выстрел длится очень короткое время, и за него газы успевают передать стволу мало теплоты, а масса ствола велика. Этой теплоты не хватает, чтобы нагреть сталь до 1400 °С, а тем более расплавить её.
Другие задания по теме «Агрегатные Состояния Вещества» (8)