«Температурные» вопросы

Предлагаем Вашему вниманию подборку качественных вопросов. На представлении «Низкотемпературные чудеса» мы затрагивали в основном тему «холода». Но так как «холод» и «тепло» отличаются лишь средней кинетической энергией частиц, то предлагаемые Вам «ТермоВопросы» имеют более широкий (по энергетике и сложности) спектр.

Решение качественных задач предполагает не только нахождение правильного ответа, но и приведение цепочки взаимосвязанных и обоснованных утверждений, позволяющих его получить.

Вопросы поставлены. Желаем Вам получить удовольствие от интеллектуальной работы.

1. Замёрзшее болото. Метеориты, пролетающие через атмосферу, нагреваются и даже светятся. Однако, наблюдались и такие явления: метеорит попадает в болото и оно всё замерзает! Почему?
2. Открытый холодильник. Понизится ли температура в комнате, если открыть дверцу холодильника?
3. Способ охлаждения. Как надо поступить, чтобы сильнее остудить горячий чай: сразу бросить в него сахар, размешать, а затем подождать пять минут или, выждав пять минут, положить сахар и размешать его?
4. Уровень керосина. Закрытый бидон из железа частично заполнен керосином. Предложите один из способов, позволяющих, не пользуясь ни какими измерительными приборами (и не открывая бидон), определить примерный уровень керосина в бидоне.
   
   
   
5. Нагрев шаров. Два одинаковых железных шара, один из которых лежит на горизонтальной поверхности, а другой подвешен на нерастяжимой нити (см. рис.), нагревают от 20°С до 100°С. Одинаковое ли количество теплоты потребуется для этого? Теплообменом шаров со средой можно пренебречь.
6. Холодные вершины. Почему холодно на вершине гор? Разве холодный воздух не должен спускаться вниз?
7. Муравей и термометр. Как измерить температуру тела муравья с помощью обычного термометра?
8. Когда следует «дохнyть», когда «дунуть»? Почему, если дохнуть себе на руку, получается ощущение тепла, а если дунуть, то ощущение прохлады?
9. Одинаковые показания. При какой температуре её значения по шкале Цельсия и Фаренгейта равны?
10. Туманная задача. Вы находитесь в жарко натопленной бане, а за окном – мороз. Куда повалит пар, если открыть форточку?
11. Научное предсказание. Будет ли таять лёд в пробирке, помещённой в тающий снег? Будет ли кипеть вода в кастрюле, плавающей в кипящей воде?
12. Проверка для воды. В одном сосуде вода кипячёная, в другом – обычная, из-под крана. Как определить в каком – какая?
13. Размышления за углом. В ветреный день нам становится теплее, если мы «спрячемся» от ветра. А одинаковы ли показания термометра на ветру и «за углом»?
14. Направление потока. Рабочие выкопали яму, на дне её проходит труба. Приложили ухо, что-то булькает. Предложите простейшие способы определения направления движения жидкости.
15. Находчивый повар. Вода в кастрюле, в которой варятся яйца, закипела. Повар в 1,5 раза увеличил подачу сгорающего в плите газа. Как это скажется на времени приготовления варёных яиц?
16. Последствия нагрева. Два сообщающихся сосуда наполнены однородной жидкостью (см. рис.). Изменится ли уровень жидкости в сосуде Б, если нагреть жидкость в сосуде А? Рассмотреть три случая: а) сосуд А цилиндрический, б) сосуд А расширяющийся, в) сосуд А сужающийся.
    
    
    
17. Лунные метаморфозы. Космонавт, находясь на поверхности Луны, вскрыл ампулу с водой. Опишите поведение воды.
18. Холодно ли в космосе? Представьте, что вы покинули космический корабль и в открытый космос взяли с собой термометр. Что он покажет?
19. Когда человеку холодно? Нормальная температура тела человека 36,6°С. Однако, ему не холодно, когда температура воздуха 25°С, и очень жарко, когда она равна 36°С. В воде же, наоборот, при 36°С человек чувствует себя нормально, а при 25°С ему холодно. Как объяснить этот парадокс?
20. Работа за счёт холода. Закон сохранения энергии можно сформулировать так: для того чтобы произвести некоторую работу, необходимо затратить соответствующее количество энергии. В герметически закупоренном чугунном шаре находится вода. Отнимем от неё некоторое количество теплоты и охладим воду до 0°С. Образовавшийся при этом лёд, занимая объём больший, чем вода, разрывает сосуд. Точно так же может совершать работу металлический стержень, сокращаясь при своём охлаждении. Как же согласовать с этими опытами вышеприведённую формулировку закона сохранения энергии?
21. Сахар и хлеб. Если Вы окунёте кусочек хлеба в горячий чай, то рискнёте ли, не подув на него, отправить себе в рот? А если окунуть кусок сахара, нужно ли на него дуть, прежде чем взять в рот? Объясните парадокс.
22. Почему не замерзают капельки воды? Вода в сосуде при нормальном атмосферном давлении замерзает при 0°С. Если ту же воду разбрызгать на маленькие капельки, то она может быть переохлаждена до - 40°С. Как это объяснить?
23. Ближе – холоднее, дальше – теплее. Чем ближе площадка к точечному источнику света инфракрасного излучения, тем больший поток энергии падает на неё. Зимой Земля ближе к Солнцу, чем летом. Почему же зимой холоднее, чем летом?
24. Отрицательная длина. Линейные размеры тел меняются с температурой следующим образом: l = l₀(1 + αt). Положим, что температура понизилась до значения, равного t = 1/α. Подставляя эту температуру в первое выражение, получим: l = l₀(1 - α/α) = 0! А если температуру понизить ещё больше? Неужели размеры тела станут отрицательными?
25. Когда лёд может быть нагревателем?
26. Примёрзшие пальцы. Почему мокрые пальцы примерзают зимой к металлическим предметам и не примерзают к деревянным?
27. Водяное охлаждение. Какая вода будет быстрее охлаждать раскалённый металл: холодная (температура +20°С) или горячая (температура +100°С)?
28. Безопасная проверка. Почему мы не получаем ожога, если кратковременно касаемся горячего утюга мокрым пальцем?
29. Замерзание при комнатной температуре. В два полых стеклянных шара, соединённых трубкой, введено некоторое количество воды, после чего из них откачан воздух и вся система запаяна. Если перелить всю воду в верхний шар, а нижний, пустой, поместить в сосуд с жидким воздухом (см. рис.), то через некоторое время вся вода в верхнем шаре замёрзнет, хотя он всё время находился при комнатной температуре. Объясните это явление.
    
    
    
30. Перегретый кристалл. Существуют перегретые жидкости и пары. Почему бы не существовать перегретому кристаллу?
31. Остывание воды. На электроплитке нагревается 1л воды. Мощность плитки всего 100Вт и довести воду до кипения не удаётся. Плитку выключили. На сколько градусов остынет вода за 10с?
32. Выбор термометра. Какой термометр (при прочих равных условиях) более чувствителен: ртутный или спиртовой?
33. Уменьшение затрат энергии. Каким кипятильником можно вскипятить воду в кастрюле с меньшей затратой энергии: 600-ваттным или киловаттным?
34. Автоматизированные чайники. Есть два электрочайника с термостатами. Они работают так: когда температура опускается до 70 градусов, включается нагревательная спираль и загорается лампочка, когда достигает 90 – выключается и прибор подогрева, и лампочка. На одном из чайников лампочка горит, на другом – нет. В каком из них вода, скорее всего горячее, и почему?
35. Падающие шарики. Есть два одинаковых ведра с одинаковым количеством воды в каждом. В одном температуру установили на уровне 23° по Цельсию, во втором – по Фаренгейту. С одинаковой высоты одновременно уронили два одинаковых шарика, какой из них раньше достигнет дна и почему?