Номер 118, страница 18 - гдз по физике 8 класс сборник задач Исаченкова, Слесарь

Для ответа на этот вопрос необходимо рассмотреть два сценария с точки зрения физики тепловых явлений, в частности, закона теплообмена Ньютона. Согласно этому закону, скорость остывания тела прямо пропорциональна разности между температурой тела и температурой окружающей среды. Чем выше температура объекта по сравнению с окружающей средой, тем быстрее он теряет тепло.

Случай 1: Сразу влить молоко и подождать

При добавлении холодного молока в горячий кофе их температуры смешиваются, и итоговая температура напитка сразу становится ниже, чем была у чистого кофе. Обозначим начальную температуру кофе $T_к$, а температуру окружающей среды $T_с$. После добавления молока температура смеси станет $T_{см}$, причем $T_{см} < T_к$. В течение всего времени ожидания остывать будет уже эта менее горячая смесь. Поскольку разность температур между напитком и средой $(T_{см} - T_с)$ будет относительно небольшой, процесс остывания будет протекать медленно.

Случай 2: Подождать, а затем влить молоко

В этом сценарии горячий кофе с высокой начальной температурой $T_к$ остывает в течение всего времени ожидания. Так как разность температур $(T_к - T_с)$ максимальна, кофе отдает тепло в окружающую среду очень интенсивно. За то же самое время он потеряет значительно большее количество теплоты, чем в первом случае. И только после этого интенсивного охлаждения в него добавляют холодное молоко, что приводит к дополнительному понижению температуры.

Почему?

Основная потеря тепла происходит за счет теплообмена с окружающей средой. Во втором случае кофе остается максимально горячим на протяжении всего периода ожидания, что обеспечивает максимальную скорость теплоотдачи. В первом же случае, добавив молоко, мы сразу снижаем температуру, тем самым замедляя дальнейшее остывание на весь период ожидания.
Кроме того, есть и другие факторы, усиливающие этот эффект:

• Тепловое излучение: Черный кофе (темное тело) излучает тепло более эффективно, чем более светлый кофе с молоком.
• Испарение: С поверхности более горячей жидкости испарение происходит интенсивнее, что также является мощным механизмом охлаждения.

Оба этих процесса приводят к большей потере тепла во втором случае, когда кофе дольше остается горячим и черным.

Ответ: Горячий кофе охладится больше (его конечная температура будет ниже) в том случае, если сначала подождать некоторое время, а уже затем влить в него молоко.