Изучая механические явления, вы узнали о законе сохранения и превращения энергии. Этот фундаментальный закон справедлив для всех процессов, происходящих в природе, в том числе и для теплопередачи. Математическое выражение закона сохранения энергии для процесса теплопередачи — уравнение теплового баланса. ознакомимся с этим уравнением и научимся применять его для решения задач.

На вопрос: «Что быстрее нагреется — 200 или 300 граммов жидкости?» — кто-то не задумываясь ответит, что двести: понятно ведь, что триста граммов будут нагреваться дольше. и этот ответ, возможно, будет правильным, а возможно — нет. Так что не торопитесь с выводами, выясним все по-порядку.

Выясняем, от чего зависит количество теплоты, необходимое для нагревания

В основе нашей жизни лежит обмен энергией. Большей частью энергия попадает на Землю от Солнца (рис. 7.1). Такие источники тепловой энергии, как нефть, газ, уголь, «выросли» под солнечными лучами глубокой древности. листья, распускающиеся весной под солнечным лучами, ветры и течения, возникающие вследствие разности температур прогретых Солнцем участков Земли, «используют» солнечную энергию сегодняшнего дня.

Представьте жаркий летний полдень, берег моря. Вода на поверхности теплая, а ее нижние слои — прохладные. от воды веет легкий ветерок. А почему возникает этот ветерок, ведь чуть дальше от берега деревья даже не шелохнутся? и почему нагрелся только верхний слой воды, ведь солнце печет уже достаточно долго? Попробуем ответить на эти и ряд других вопросов.

Зачем жители жарких районов Центральной Азии летом носят ватные халаты? Как сделать, чтобы мороженое в летнюю жару быстро не растаяло, если поблизости нет холодильника? В какой обуви быстрее замерзнут ноги — в той, которая плотно прилегает к ноге, или в просторной? После изучения данного параграфа вы сможете правильно ответить на все эти вопросы.

Вспомните, как вы с одноклассниками возвращаетесь в школу после игры в снежки. Кто-то энергично трет руки, кто-то прикладывает их к теплой батарее. Для чего вы это делаете? Конечно, чтобы согреть озябшие руки. А чем отличается способ нагревания рук в результате трения от способа их нагревания в результате контакта с телом, имеющим более высокую температуру?

В выпусках новостей, когда речь идет о космических исследованиях, вы наверняка слышали фразу типа: «Спутник вошел в атмосферу Земли и прекратил свое существование». но ведь понятно, что спутник имел огромную механическую энергию: кинетическую, поскольку он двигался, и потенциальную, поскольку находился высоко над поверхностью Земли.

Если вы достаточно наблюдательны, то, возможно, обращали внимание вот на что. Летом электрические провода провисают намного сильнее, чем зимой, то есть летом они становятся длиннее. Если в бутылку налить до краев холодной воды и поставить ее открытой в теплое место, то через некоторое время часть воды из бутылки выльется. Воздушный шарик, вынесенный из комнаты на мороз, уменьшается в объеме. Попробуем разобраться, почему так происходит.

РАЗДЕЛ I

ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ

Вы много раз наблюдали действие ветра, а теперь сможете объяснить, почему он возникает

Вы неоднократно кипятили воду и знаете температуру кипящей воды, а теперь узнаете, как заставить воду закипеть при комнатной температуре

Вы всегда надеваете зимой теплые вещи, а теперь выясните, всегда ли их надевают, чтобы защититься от холода

Вы слышали о существовании наноматериалов, а теперь узнаете об их свойствах и перспективах применения

Вы знаете, что большинство автомобилей имеет двигатель внутреннего сгорания, а теперь сможете объяснить, как этот двигатель работает и как увеличить его КПД