Что быстрее нагреется вода или земля

Что нагревается быстрее земля или вода ?

Солнечное излучение нагревает землю быстрее воды по нескольким причинам, включая более высокую теплоемкость воды, отражательную способность воды и более абсорбирующую, текстурированную поверхность земли. Вода отражает солнечную радиацию, а земля поглощает тепло солнца, потому что земля обычно темнее воды.

Более темные поверхности, такие как земля, поглощают больше тепла, чем отражающие поверхности, которые возвращают тепло и излучение в атмосферу. Текстурированные поверхности, такие как земля, также поглощают тепло более эффективно, чем плоские поверхности, такие как вода. Жидкая молекулярная структура воды, в которой молекулы воды движутся плавно друг против друга, заставляет воду обладать более высокой теплоемкостью, чем земля, которая имеет твердую молекулярную структуру. Наличие более высокой теплоемкости означает, что требуется больше энергии для нагревания того же объема воды, что и земля.

Основываясь только на теплоемкости, требуется больше времени для нагревания того же объема воды, что и земля. Наличие более высокой теплоемкости также означает, что в океанах гораздо больше тепла, чем в суше. Они также хранят больше тепла, чем земли, потому что вода покрывает большую часть поверхности Земли. Температура воды колеблется менее быстро, чем температура суши, а океаны поддерживают примерно одинаковые температуры, независимо от температуры в сезоне и воздухе. Постоянная температура океанов поддерживает и регулирует общий климат Земли.

Источник

Почему вода нагревается быстро, а охлаждается так медленно?

Сегодня довести воду до кипения не представляет каких-либо трудностей. Для этого нужно всего лишь включить на кухне плиту и поставьте на нее чайник. Обычно кипячение воды занимает всего несколько минут. Но вы наверняка замечали, что после кипения вода охлаждается до своей первоначальной температуры гораздо дольше. Чтобы остыть до двадцати градусов по Цельсию может потребоваться несколько часов (в зависимости от конструкции чайника). Почему вода нагревается быстро, а охлаждается так медленно?

Быстрый нагрев и медленное охлаждение

Давайте рассмотрим это явление на примере металлического чайника, наполненного водой. Вода, которую нужно нагреть от нормальной комнатной температуры (около 20 градусов по Цельсию) до температуры кипения, должна преодолеть разницу в 80 градусов. При этом она поглотит определенное количество энергии, которая преобразуется в кинетическую энергию молекул воды.

Количества тепла, необходимое для нагрева тела определенной температурой, можно рассчитать с использованием следующего соотношения:

Q = масса тела * удельная теплоемкость * разница температур

Из этой простой формулы есть несколько интересных следствий. Чем больше масса тела, тем больше тепла оно потребляет. Разные вещества потребляют разное количество энергии. Чем выше желаемая температура, тем больше энергии нам потребуется на нагрев.

Охлаждение работает точно так же, но с одним небольшим отличием — тепло в этом случае передается от горячей воды во внешнее пространство вокруг чайника.

Температура варочной панели обычно составляет несколько сотен градусов Цельсия. Поэтому она может передавать значительное количество энергии в воду и быстро нагревать ее до температуры, при которой она начинает испаряться (100 °С) Для такого же быстрого охлаждения нам понадобится такая же большая разница температур – температура внешней среды должна быть минус несколько сотен градусов Цельсия. Безусловно, ничего подобного в природе не встречается, поскольку минимальный предел температуры, которую может иметь физическое тело во Вселенной -273,15°С (абсолютный ноль температуры). А наш хладагент (воздух вокруг чайника) имеет температуру около + 20 °C. Таким образом, охлаждение происходит намного медленнее, чем нагрев воды.

Тепло — вид энергии

Большинство людей недооценивает количество энергии, которую потребляет вода для ее нагрева. Для нагрева 1 кг воды на 1 градус требуется 4187 Дж. На первый взгляд это не очень интересно.

Но представьте, что мы приложим то же количество энергии не для нагрева 1 кг воды, а для ее ускорения (кинетическая энергия).

Источник

Что нагревается быстрее в сосуде вода или воздух

Сегодня довести воду до кипения не представляет каких-либо трудностей. Для этого нужно всего лишь включить на кухне плиту и поставьте на нее чайник. Обычно кипячение воды занимает всего несколько минут. Но вы наверняка замечали, что после кипения вода охлаждается до своей первоначальной температуры гораздо дольше. Чтобы остыть до двадцати градусов по Цельсию может потребоваться несколько часов (в зависимости от конструкции чайника). Почему вода нагревается быстро, а охлаждается так медленно?

Быстрый нагрев и медленное охлаждение

Давайте рассмотрим это явление на примере металлического чайника, наполненного водой. Вода, которую нужно нагреть от нормальной комнатной температуры (около 20 градусов по Цельсию) до температуры кипения, должна преодолеть разницу в 80 градусов. При этом она поглотит определенное количество энергии, которая преобразуется в кинетическую энергию молекул воды.

Источник изображения: mineral-medix.com

Количества тепла, необходимое для нагрева тела определенной температурой, можно рассчитать с использованием следующего соотношения:

Q = масса тела * удельная теплоемкость * разница температур

Из этой простой формулы есть несколько интересных следствий. Чем больше масса тела, тем больше тепла оно потребляет. Разные вещества потребляют разное количество энергии. Чем выше желаемая температура, тем больше энергии нам потребуется на нагрев.

Охлаждение работает точно так же, но с одним небольшим отличием – тепло в этом случае передается от горячей воды во внешнее пространство вокруг чайника.

Температура варочной панели обычно составляет несколько сотен градусов Цельсия. Поэтому она может передавать значительное количество энергии в воду и быстро нагревать ее до температуры, при которой она начинает испаряться (100 °С) Для такого же быстрого охлаждения нам понадобится такая же большая разница температур – температура внешней среды должна быть минус несколько сотен градусов Цельсия. Безусловно, ничего подобного в природе не встречается, поскольку минимальный предел температуры, которую может иметь физическое тело во Вселенной -273,15°С (абсолютный ноль температуры). А наш хладагент (воздух вокруг чайника) имеет температуру около + 20 °C. Таким образом, охлаждение происходит намного медленнее, чем нагрев воды.

Тепло – вид энергии

Большинство людей недооценивает количество энергии, которую потребляет вода для ее нагрева. Для нагрева 1 кг воды на 1 градус требуется 4187 Дж. На первый взгляд это не очень интересно.

Но представьте, что мы приложим то же количество энергии не для нагрева 1 кг воды, а для ее ускорения (кинетическая энергия).

Источник изображения: dw.com

Согласно формуле E = (m * v2) / 2, 1 кг воды при приложении 4187 Дж энергии достигнет скорости 329 км / ч. Это скорость, которую развивают некоторые скоростные поезда при оптимальных условиях.

Точно так же эта энергия может быть затрачена на преодоление гравитационного поля Земли. Тогда 1 кг воды будет находиться на высоте 426 метров (высота Эйфелевой башни 324 метра)

Эйфелева Башня. Источник изображения: REUTERS/Gonzalo Fuentes

До сих пор мы говорили о количестве энергии, необходимой для повышения температуры воды на один градус….А теперь представьте, какое количество энергии скрывается в 62 кг «живого веса» человека ( (среднее значение), если наши тела обычно на 20 градусов теплее окружающей среды.

Источник изображения: pixabay.com

Если вам понравилась статья, то поставьте лайк и подпишитесь на канал Научпоп. Наука для всех. Оставайтесь с нами, друзья! Впереди ждёт много интересного!

#хакнем_физика . рубрика, содержащая интересный, познавательный контент по физике как для школьников, так и для взрослых .

Если решая математические задачи, следует руководствоваться только условиями, в том числе и неявно заданными (например: находя градусную меру одного из смежных углов в случаях, когда известна градусная мера другого, непременной частью условия является значение суммы градусных мер смежных углов, равной 180 град.), то при решении физических задач следует учитывать ВСЕ физические явления и процессы, влияющие на результат рассматриваемой в задаче ситуации.

Вот для примера известная и часто встречающаяся во многих учебниках и сборниках задач, в том числе и олимпиадных (и не только для семиклассников) по физике.

ЗАДАЧА

В стакане с водой плавает кусок льда. Изменится ли уровень воды, когда лёд растает?

Прежде чем продолжить чтение, предлагаю читателю дать (хотя бы для себя) обоснованный ответ на вопрос задачи…

В «Сборнике вопросов и задач по физике» [Н.И. Гольдфарб, изд. 2, «Высшая школа», М.: 1969] эта задача, помещённая как часть № 10.7 на стр. 48, на стр.193 приводится ответ:

«Лёд вытесняет воду, вес которой равен весу льда. Когда лёд растает, образуется такое же количество воды, поэтому уровень не изменится».

Такой же ответ приводится и во многих других сборниках…

А вот в популярнейшем и по сей день, выдержавшим множество изданий трёхтомнике «Элементарный учебник физики» под редакцией академика Г.С. Ландсберга [т. I, изд. 7, стереотипное, «Наука», М.: 1971] ответа на эту задачу (№ 162.2, стр. 351) не приводится. И это не случайно!

Что же не учтено в вышеприведённом ответе? Правильно! Не учтено, что при таянии льда вода в стакане охлаждается — именно поэтому мы и бросаем туда кусочек льда!

Вот как должен выглядеть правильный ответ:

«При таянии льда вода в стакане охлаждается. При охлаждении все вещества уменьшаются в объёме. Однако вода, единственная из всех известных веществ, имеет наибольшую плотность при температуре +4 град. С, а это значит, что при дальнейшем охлаждении данная масса воды увеличивается в объёме, что, как мне это было известно из курса природоведения в 5 классе (1961/1962 учебный год), является условием сохранения жизни на Земле, поскольку позволяет достаточно глубоким водоёмам не промерзать до самого дна!).

При этом возможно три варианта развития ситуации:

I. Если температура воды до начала таяния льда была выше 4 град. С и, хотя и понизилась после таяния льда, но осталась выше этой температуры, то уровень воды в стакане уменьшится.

II. Если температура воды до начала таяния льда была ниже 4 град. С, а после таяния льда ещё и уменьшилась, то уровень воды в стакане увеличится.

III. В случае, когда начальная температура воды была выше 4 град. С, а после того как лёд растаял, оказалась ниже этой температуры, то об уровне ничего определённого сказать нельзя — нужны конкретные данные о температуре и массе воды и льда, чтобы дать точный ответ на вопрос задачи!».

С этой задачей связана для меня одна интересная история.

Лет 15 назад во дворе дома, в котором я живу, ко мне с грустным выражением лица подошёл паренёк по имени Серёжа и попросил помочь подготовиться к предстоящей ему завтра апелляции по физике в нашем Политехническом институте (ныне Технический университет).

Поскольку времени было слишком мало, то я ограничился советом: если, по его мнению, апелляция пройдёт не очень удачно, и надежды исправить тройку на вступительном экзамене не будет, то попросить экзаменатора ответить на вопрос этой задачи и заставил его дословно вызубрить приведённый выше ответ и даже отработал с ним интонацию изложения этого ответа. На следующий вечер он подошёл ко мне с достаточно счастливым видом.

Вот его рассказ, каким я его запомнил:

«Всё получилось так, как Вы и хотели. Апелляцию проводили два человека: профессор и ассистент кафедры общей физики института. Мне выпало общаться с ассистентом, а профессор в это время общался с другим абитуриентом.

В ответ на мою просьбу ответить на мой вопрос ассистент слегка улыбнувшись сказал: «Пожалуйста…».

«После того, как я проговорил условие задачи, ассистент, широко улыбнувшись, произнёс: «Ну, это известная задача. Уровень воды не изменится — это следует из закона Архимеда: плавающий лёд вытесняет массу воды, равную массе льда. Образовавшаяся при таянии льда вода заполнит тот объём, который занимал в воде плавающий лёд…».

«Позвольте с Вами не согласиться», — начал я и затем совершенно спокойно слово в слово пересказал заготовленный нами ответ…

В это время профессор жестом остановил своего абитуриента и стал внимательно меня слушать…

Когда я закончил, возникла небольшая пауза…Профессор, обращаясь к ассистенту спросил: «Что скажешь?».

«Кажется, всё верно», — неуверенно ответил тот, на что профессор сказал, что никогда ещё не слышал столь аргументированного ответа, после чего, уже обращаясь ко мне, добавил: «Молодой человек, мы, к сожалению, не можем поднять Вам оценку сразу на два балла, но четвёрку Вы очевидно заслужили!»».

Мне остаётся лишь добавить, что Серёжа был зачислен студентом!…

Наши читатели могут поделиться своим мнением по поводу решения задачи. Если вам было интересно, не забудьте подписаться на наш канал и хэштег #хакнем_физика

Автор: #себихов_александр 71 год, много лет проработал конструктором-технологом микроэлектронных приборов и узлов в одном из НИИ г. Саратова, затем преподавателем математики и физики.

Другие статьи автора:

Вы читаете контент канала “Хакнем Школа”. Подпишитесь на наш канал, чтобы не терять его из виду.

Популярные вопросы из поиска

3 октября 2019 · 11,5 K

Филолог, преподаватель русского языка и литературы. Хобби – миниатюра.

Воздух состоит из частиц, называющихся молекулами, между которыми имеются промежутки. Частицы никогда не находятся в покое, они все время движутся и сталкиваются/отталкиваются. Когда воздух нагревается, молекулы убыстряют движение и сталкиваются сильнее, соответственно, они отталкиваются друг от друга сильнее и на большее расстояние. Промежутки между ними увеличиваются и воздух расширяется. При охлаждении воздуха молекулы замедляют движение и сталкиваются слабее, соответственно, они движутся с меньшей скоростью, промежутки между ними сокращаются и воздух сжимается. Доказать и проверить это можно простым способом и в домашних условиях. Нужно взять обычную пластиковую бутылку с воздушным шариком на конце. Если бутылку погрузить в горячую воду, воздух расширяется и шарик начнет надуваться. Потом нужно поместить бутылку в холодную воду, воздух сожмется и шарик сдуется.

А для начала молекула почему скорость увеличивает при нагревании? До столкновения?

Что больше греет Землю, излучение Солнца или тепловой поток от сжигания нефти, газа?

На широте Москвы солнце за год отдаёт каждому квадратному метру земной поверхности порядка 1000 кВт х ч энергии. Это только то, что доходит до земли, много забирают облака и атмосфера. Саяно-Шушенская ГЭС, крупнейшая в России, выдаёт 23,5 миллиардов кВт х ч электроэнергии в год. Это меньше, чем за год падает в виде излучения на участок Москвы размером 5 х 5 км.

Всё человечество выработало за 2019-й год около 27 000 ТВт х ч электроэнергии. Эквивалентно поглощению солнечного излучения 27 000 000 000 кв. м земли на широте Москвы. Кажется много, но это участок земли размером 165 х 165 км.

Влияние человека по сравнению с Солнцем смехотворно, его можно не принимать в расчёт. Просто в мире есть такие люди, которые придумают любую Грету Тумберг, чтобы провести свои весьма корыстные интересы в жизнь.

Почему вместо кулеров не используют элементы пельтье?

Ну вообще-то их используют, хоть и достаточно мало. Проблема состоит в том, что в настоящее время не существует материалов которые бы достаточно эффективно охлаждали на эффекте Пельте при комнатных температурах. Кпд таких элементов очень мал, в лучшем случае несколько процентов и даже у вентилятора кпд лучше. А также существует масса других проблем: механиеская хрупкость, термическая стабильность, дороговизна таких элементов и прочее и прочее…

Прочитать ещё 1 ответ

Почему в космосе холодно, если вакуум не передает тепло и человек не должен замерзать?

Сусанна Казарян, США, Физик

Теплопроводность вакуума действительно равна нулю при этом, вакуум пропускает излучение полностью. Человек замерзает, когда его тепловые потери выше тепла, поступающего из окружающей среды. Космос же, вдали от звёзд, заполнен реликтовым излучением с температурой

2.7 K, что пренебрежимо мало, чтобы компенсировать тепловые потери.

Оценим, за какое время может замёрзнуть среднестатистический человек в космическом вакууме без защитного скафандра. Параметры человека: масса m = 70 кг, площадь поверхности S = 1,9 м². Из закона Стефана-Больцмана, любое тело с температурой Т (в Кельвинах) в термодинамическом равновесии излучает инфракрасное (тепловое) излучение с энергетической светимостью Q = εσT⁴, где σ = 5,67×10⁻⁸ Вт/(м²⋅К⁴), а ε − излучательная способность (ε = 0, если человек в исправном скафандре, и ε = 1, если он абсолютно “чёрное тело”). Возьмём ε = 0.9 (человек голый).

Посчитаем, за какое время, человек при начальной температуре Т₀= 36,6 °C (или 309,75 К), превратится в глыбу льда с температурой T₁= 0 °C (или 273,15 K) при условии, что он на 80% состоит из воды. Изменение тепловой энергии человека оценим из ΔQ₀ = cm(Т₀ – T₁) с дополнением (Lm) энергии, на случай полного оледенения. Время охлаждения человека от Т₀ до T₁ оценим из приближения t=ΔQ₀/ , где = S⋅[Q(Т₀) + Q(T₁)]/2.

Подставив нужные параметры в формулы, получим, что:

• за 20 мин температура тела опустится до 32 °C (потеря сознания).
• за 3 часа температура тела опустится до 0 °C.
• за 10 часов человек превратится в глыбу льда с температурой 0 °C.
• В космосе жутко холодно, без скафандра. Скафандр же отражает тепловое излучение, возвращая его человеку в необходимом для комфорта количестве.

P.S. Здесь не рассмотрены медицинские проблемы, связанные с кожным покровом человека в вакууме и соответственно с интенсивным испарением влаги с кожи. А это, в свою очередь, дополнительный источник охлаждения тела.

P.P.S. В комментариях рассерженно спрашивают: — “В расчетах учтены только потери, но человек и тепловая машина тоже.”

Учтём и это. Итак человек потребляет около 2,5 ккал в день, что соответствует 120 Вт мощности. Голое тело с температурой Т₀ = 36,6 °C, согласно закону С-Б выше, обязано излучать тепловое (инфракрасное) излучение с мощностью S⋅Q = 900 Вт. Если вы сидите дома голый на диване при температуре T = 25 °C, то от окружения (воздух и стены с потолком, ε = 1) ваше тело на халяву получает S⋅Q* = 850 Вт тепловой мощности. Таким образом остаток, около S(Q − Q*) = 50 Вт, легко компенсирует ваш организм мощностью 120 Вт. А теперь вы в космосе и голый (Ужас!). Окружающая среда имеет температуру реликтового излучения (−270,4 °C) и нечем компенсировать тепловые потери с поверхности тела (900 Вт), т.е. энергии на халяву нет. В этих условиях ваш организм, как тепловая машина (120 Вт), сломается через 20 мин (см. таблицу выше). Нечего голым в космос ходить.

Источник