ГДЗ по физике, 10 класс, Мякишев, номер 62.3: Температура и тепловое равновесие

План решения:

Для ответа на вопрос необходимо вспомнить определение теплового равновесия: это состояние системы тел, при котором все тела имеют одинаковую температуру и нет потока теплоты между ними. В повседневной жизни мы постоянно наблюдаем процессы установления этого равновесия через теплопередачу (теплопроводность, конвекцию или излучение). Нужно привести несколько конкретных бытовых примеров, где горячее тело остывает, а холодное нагревается до выравнивания температур.

Вычисление и разбор примеров:

Рассмотрим три классических случая:

• Пример 1: Остывание чая. Когда вы наливаете кипяток в чашку комнатной температуры, чай имеет высокую температуру T_чай, а чашка и воздух вокруг неё — более низкую T_окр. Тепло переходит от чая к стенкам чашки и окружающему воздуху. Через некоторое время температура чая снижается, а температура чашки слегка повышается, пока не наступит момент, когда T_чай ≈T_окр. Это и есть тепловое равновесие с окружающей средой.
• Пример 2: Нагревание ложки в супе. Если положить металлическую ложку в горячий суп, то сначала ложка холодная (T_ложка <T_суп). Благодаря высокой теплопроводности металла, тепло быстро передается от супа к ложке. Ложка нагревается, а суп в месте контакта немного остывает. Равновесие наступает, когда температура ручки ложки становится такой же, как температура супа внутри чаши.
• Пример 3: Смешивание горячей и холодной воды. При наполнении ванны водой разной температуры происходит интенсивный обмен энергией между молекулами горячей и холодной воды. Горячая вода отдает энергию, холодная получает её. В итоге вся масса воды приобретает единую промежуточную температуру T_смеси, которая находится между начальными температурами компонентов. После перемешивания система находится в тепловом равновесии.

Проверка:

Во всех приведенных примерах выполняется закон сохранения энергии для изолированной (или квазиизолированной) системы: количество теплоты, отданное более нагретыми телами, равно количеству теплоты, полученному менее нагретыми телами (Q_отд =Q_пол), если пренебречь потерями во внешнюю среду. Процесс прекращается именно тогда, когда разность температур исчезает, что соответствует определению теплового равновесия. Примеры взяты из реальной жизни и корректно иллюстрируют тему § 62.