Ответ

Условие варианта 8 сейчас не видно. Можешь прислать его фото или текст?

Это продолжение задания — вариант 8.

1. Трубы обёртывают, чтобы уменьшить потери теплоты. Асбест и войлок плохо проводят тепло, поэтому вода в трубах меньше остывает при прохождении через подвал и переносит больше теплоты к отапливаемым помещениям.

2. В высоких трубах тяга больше из-за большей разности давлений. Горячие газы внутри трубы имеют меньшую плотность, чем холодный наружный воздух. Чем выше труба, тем больше разность давлений, вызывающая движение газов вверх и поступление свежего воздуха в печь.

3. Земля получает энергию от Солнца. Солнечное излучение нагревает её поверхность и атмосферу, восполняя энергию, излучаемую в космос. В среднем поступление и потеря энергии примерно уравновешиваются, поэтому Земля не остывает непрерывно.

1. Почему трубы обёртывают асбестом или войлоком

Причина — низкая теплопроводность этих материалов.

Коэффициент теплопроводности λ (Вт/(м·К)):

• железо — ≈ 50;
• асбест — ≈ 0,15;
• войлок — ≈ 0,04;
• воздух — ≈ 0,026.

Войлок и асбест пористые: в порах находится воздух, а он проводит тепло очень плохо. Кроме того, поры маленькие, и конвекция (перенос тепла самим воздухом) в них почти не возникает. Получается «ловушка» для тепла.

Насколько это выгодно: слой войлока толщиной 1 см по теплозащите примерно равен слою железа 12 см, потому что

$$\frac{d_{\text{войлока}}}{\lambda_{\text{войлока}}}=\frac{0{,}01}{0{,}04}=0{,}25\ \text{м}^2\cdot\text{К/Вт},\qquad d_{\text{Fe}}=0{,}25\cdot 50\approx 12\ \text{см}.$$

Чем меньше λ и чем толще слой, тем меньше тепла уходит:

$$\frac{Q}{t}=\lambda\frac{S,\Delta T}{d}.$$

Итог: без обёртки горячая вода по пути от котельной до квартиры остывала бы, отдавая тепло холодному воздуху подвала; с обёрткой потери резко уменьшаются, и до потребителя доходит больше теплоты.

2. Почему в высокой трубе тяга больше

Причина — разность плотностей горячих газов и холодного наружного воздуха.

Давление, которое «тянет» газы вверх:

$$\Delta p=(\rho_{\text{возд}}-\rho_{\text{газ}}),g,h.$$

Числа: при 0 °C ρ воздуха ≈ 1,29 кг/м³; газы при 150 °C — ρ ≈ 1,29·273/423 ≈ 0,83 кг/м³. Разность ≈ 0,46 кг/м³.

• труба высотой 10 м: Δp ≈ 0,46·9,8·10 ≈ 45 Па;
• труба высотой 20 м: ≈ 90 Па.

Выводы:

• тяга прямо пропорциональна высоте трубы h: в два раза выше — в два раза больше перепад давлений;
• тяга растёт и с разностью температур (чем горячее газы, тем меньше их плотность);
• этот перепад давлений засасывает свежий воздух в топку и проталкивает газы через дымоход, преодолевая сопротивление. Мала тяга — печь «дымит», плохо горит топливо.

3. Почему Земля не остывает, хотя излучает энергию

Потому что она непрерывно получает энергию от Солнца, и приход почти равен расходу.

Приход:

• солнечная постоянная ≈ 1360 Вт/м²;
• Земля «перехватывает» поток сечением πR² (R = 6400 км), то есть площадью ≈ 1,3·10¹⁴ м²;
• мощность ≈ 1,3·10¹⁴ · 1360 ≈ 1,7·10¹⁷ Вт;
• около 30 % отражается (альбедо), поглощается ≈ 1,2·10¹⁷ Вт.

Расход (излучение по закону Стефана–Больцмана σT⁴): эта же мощность распределена по всей поверхности 4πR² ≈ 5,1·10¹⁴ м², значит с каждого квадратного метра уходит ≈ 235–240 Вт. Из σT⁴ = 240 Вт/м² получаем T ≈ 255 К ≈ −18 °C; парниковый эффект атмосферы поднимает среднюю температуру у поверхности до ≈ +15 °C.

Собственное тепло недр Земли (распад радиоактивных элементов) даёт всего ≈ 0,09 Вт/м² — в тысячи раз меньше солнечного, на тепловой баланс поверхности оно почти не влияет.

Вывод: сколько энергии Земля получает от Солнца, столько же и излучает в космос. Поэтому средняя температура остаётся примерно постоянной. Остывала бы она заметно только при уменьшении приходящего излучения — именно так наступают ледниковые периоды.

Коротко для тетради

1. Асбест и войлок плохо проводят тепло (λ в сотни раз меньше, чем у железа), поэтому труба меньше отдаёт тепло холодному воздуху.
2. Тяга тем больше, чем выше труба и чем больше разность плотностей горячих газов и холодного воздуха: Δp = (ρ₁ − ρ₂)gh.
3. Земля излучает столько же энергии, сколько получает от Солнца, — приход и расход уравновешены.

1. Почему трубы обёртывают асбестом или войлоком

Причина — низкая теплопроводность этих материалов.

Асбест и войлок — пористые материалы: в их порах находится воздух, а воздух проводит тепло очень плохо. Поры мелкие, поэтому конвекция в них почти не возникает — тепло не переносится и самим воздухом. Получается своеобразная «ловушка» для тепла.

Для сравнения: железо проводит тепло в сотни раз лучше войлока. Поэтому тонкий слой войлока или асбеста по теплозащите заменяет очень толстый слой металла.

Что было бы без обёртки: горячая вода, идущая от котельной, отдавала бы тепло холодному воздуху подвала, и до квартир доходила бы уже остывшей. С обёрткой потери резко уменьшаются.

2. Почему в высокой трубе тяга больше

Причина — разность плотностей горячих газов и холодного наружного воздуха.

Горячие газы легче холодного воздуха, поэтому наружный воздух как бы «выдавливает» их вверх по трубе. Возникающий перепад давлений прямо пропорционален высоте трубы: чем выше труба, тем этот перепад больше.

Дополнительно тяга растёт с разностью температур — чем горячее газы в трубе и чем холоднее воздух снаружи, тем сильнее тяга.

Что было бы с короткой трубой: перепада давлений не хватает, чтобы преодолеть сопротивление дымохода, — свежий воздух плохо поступает в топку, печь дымит и горит хуже.

3. Почему Земля не остывает, хотя излучает энергию

Потому что она непрерывно получает энергию от Солнца, и приход почти равен расходу.

• Приход: солнечное излучение нагревает поверхность Земли и атмосферу.
• Расход: Земля излучает тепло в космос.
• Баланс: в среднем сколько энергии приходит, столько и уходит. Поэтому средняя температура Земли остаётся примерно постоянной, а не падает.

Небольшая добавка — собственное тепло недр (распад радиоактивных элементов), но по сравнению с солнечным оно очень мало.

Когда Земля остывала бы: если бы приход солнечной энергии заметно уменьшился. Именно такие изменения связывают с наступлением ледниковых периодов.

Коротко для тетради

1. Асбест и войлок плохо проводят тепло — в их порах воздух, который почти не переносит тепло; труба меньше отдаёт тепло холодному воздуху.
2. Тяга тем больше, чем выше труба и чем больше разность температур (и плотностей) горячих газов и холодного воздуха.
3. Земля излучает столько же энергии, сколько получает от Солнца, — приход и расход уравновешены.