Из холодильника вынули закрытую крышкой кастрюлю с водой, имеющую температуру +5 °С. Чтобы подогреть воду, кастрюлю с водой можно:
А. поставить на газовую горелку;
Б. освещать сверху мощной электрической лампой.
В каких из вышеперечисленных случаев вода в кастрюле нагревается в основном путём конвекции?
1) только А
2) только Б
3) и А, и Б
4) ни А, ни Б
Чтобы ответить на этот вопрос, давайте разберем механизмы нагрева и передачи тепла в каждом из предложенных случаев.
Когда кастрюлю с водой ставят на газовую горелку, тепло передается от пламени горелки к кастрюле и затем к воде. В этом случае основной механизм передачи тепла от горелки к кастрюле — это теплопроводность. Кастрюля, нагреваясь, передает тепло воде. Вода, в свою очередь, нагревается, и в ней начинают возникать конвективные потоки: нагретая вода у дна кастрюли поднимается вверх, а холодная вода сверху опускается вниз, создавая циркуляцию.
Когда кастрюля с водой освещается сверху мощной электрической лампой, тепло поступает в основном через излучение. Лампа излучает световую энергию, которая поглощается крышкой кастрюли и поверхностью воды. При этом верхние слои воды нагреваются и начинают передавать тепло нижним слоям через конвекцию, но процесс будет менее интенсивным по сравнению с нагревом на газовой горелке.
Для случая А:
Для случая Б:
В обоих случаях (и А, и Б) в кастрюле создаются конвективные потоки, которые являются основным способом распространения тепла в воде. Однако в случае А конвекция происходит более явно и интенсивно, так как нагрев осуществляется снизу. В случае Б конвекция также присутствует, но основной механизм начала нагрева — это излучение.
Таким образом, правильный ответ на вопрос:
3) и А, и Б
Поскольку в обоих случаях вода в кастрюле нагревается в основном путём конвекции.
1) только А
Для подогрева воды в кастрюле в основном путем конвекции необходимо поставить кастрюлю на газовую горелку. При нагревании на газовой горелке происходит конвекция воздуха, что способствует равномерному подогреву воды. При освещении сверху мощной электрической лампой конвекция не будет играть такой же существенной роли в процессе нагрева воды.
Поэтому правильный ответ: 1) только А.
