Номер 195, страница 34 - гдз по физике 8 класс сборник задач Исаченкова, Слесарь

Вода в закрытой кастрюле нагревается быстрее, чем в открытой, из-за существенного уменьшения потерь тепловой энергии. Этот эффект обусловлен двумя основными физическими процессами: испарением и конвекцией.

1. Испарение. При нагревании воды в открытой кастрюле часть подводимой тепловой энергии расходуется не только на повышение температуры воды, но и на ее испарение. Испарение – это процесс перехода вещества из жидкого состояния в газообразное (пар), который происходит с поверхности жидкости. При этом жидкость покидают наиболее быстрые молекулы, унося с собой часть энергии. Это приводит к охлаждению оставшейся воды, замедляя общий процесс нагрева. Количество теплоты, необходимое для испарения, описывается формулой $Q = L \cdot m$, где $\text{L}$ – удельная теплота парообразования, а $\text{m}$ – масса испарившейся воды. В открытой кастрюле пар свободно уходит в окружающее пространство, и эта энергия теряется безвозвратно.

Когда кастрюля закрыта крышкой, испарение также происходит, но образовавшийся пар скапливается в ограниченном объеме между поверхностью воды и крышкой. Постепенно пространство насыщается паром, и начинается обратный процесс – конденсация (превращение пара обратно в жидкость). Вскоре устанавливается динамическое равновесие, когда скорость испарения становится равной скорости конденсации. При конденсации пар отдает воде теплоту, которую он поглотил при испарении. Таким образом, крышка предотвращает унос энергии вместе с паром, и почти вся подводимая теплота идет на нагрев воды.

2. Конвекция и тепловое излучение. Крышка также уменьшает потерю тепла с открытой поверхности воды за счет конвекции (перемешивания теплого воздуха над водой с более холодным воздухом в помещении) и теплового излучения. Горячий пар и воздух под крышкой сами нагреваются и излучают тепло обратно к воде, дополнительно способствуя ее быстрому нагреву.

Таким образом, в закрытой кастрюле потери тепла сведены к минимуму, и большая часть энергии от плиты эффективно используется для повышения температуры воды.

Ответ: Вода в закрытой кастрюле нагревается быстрее, так как крышка препятствует потере энергии. Она останавливает уход пара, который уносит с собой большое количество тепла (теплоту парообразования), и уменьшает теплообмен с окружающей средой через конвекцию и излучение. В результате почти вся подводимая энергия идет на нагрев самой воды.