ГДЗ по физике, 10 класс, Мякишев, номер 62.5: Температура и тепловое равновесие

План решения:

Для описания зависимости интенсивности теплообмена от разности температур необходимо обратиться к закону охлаждения Ньютона. Этот закон является фундаментальным для процессов конвективного и радиационного теплообмена при не слишком больших перепадах температур. Мы определим физический смысл величин в формуле и сформулируем итоговую зависимость.

Вычисление и обоснование:

Интенсивность теплообмена (количество теплоты Q, передаваемое за единицу времени t) между телом и окружающей средой или другим телом пропорциональна разности их температур. Математически это выражается законом охлаждения Ньютона:

где:

• Q/t — мощность теплопередачи (интенсивность теплообмена);
• k — коэффициент теплопередачи, который зависит от свойств материалов, площади контакта и способа передачи тепла;
• (T₁-T₂) — разность температур двух тел (ΔT).

Из этой формулы следует, что чем больше разность температур ΔT, тем выше интенсивность теплообмена. Зависимость является линейной: если разность температур увеличится в два раза, то и скорость передачи энергии также увеличится примерно в два раза (при условии постоянства коэффициента k).

Проверка и вывод:

Рассмотрим предельные случаи. Если T₁=T₂, то есть тела находятся в состоянии теплового равновесия, то разность температур равна нулю, и интенсивность чистого теплообмена также становится равной нулю. Это согласуется с определением теплового равновесия. При очень больших разностях температур (например, при излучении раскаленного металла) зависимость может становиться нелинейной (пропорциональной T⁴ по закону Стефана-Больцмана), однако в рамках школьного курса физики и для большинства бытовых ситуаций принимается линейная зависимость согласно закону Ньютона.

Ответ: Интенсивность теплообмена прямо пропорциональна разности температур взаимодействующих тел.