Номер 74, страница 10 - гдз по физике 8 класс сборник задач Исаченкова, Слесарь

Решение

Остывание воды в чайнике происходит за счет теплообмена с окружающей средой. Этот процесс включает в себя теплопроводность, конвекцию и, что наиболее важно в данном случае, тепловое излучение. Если предположить, что белый и черный чайники имеют одинаковую форму, размер, изготовлены из одного и того же материала и находятся в одинаковых условиях, то потери тепла за счет теплопроводности и конвекции для них будут примерно одинаковыми. Следовательно, разница в скорости остывания будет определяться интенсивностью теплового излучения с их поверхностей.

Интенсивность теплового излучения описывается законом Стефана-Больцмана, согласно которому мощность излучения $\text{P}$ с поверхности тела прямо пропорциональна коэффициенту излучения (степени черноты) поверхности $\epsilon$ и четвертой степени ее абсолютной температуры $\text{T}$: $P = \sigma \epsilon A T^4$, где $\sigma$ – постоянная Стефана-Больцмана, а $\text{A}$ – площадь поверхности.

Коэффициент излучения $\epsilon$ является характеристикой поверхности. Согласно закону Кирхгофа, тела, которые хорошо поглощают излучение, так же хорошо его и излучают. Черные тела являются лучшими поглотителями и, соответственно, лучшими излучателями тепловой энергии. Белые тела, напротив, хорошо отражают излучение, а значит, плохо его поглощают и плохо излучают. Таким образом, у черного чайника коэффициент излучения $\epsilon$ будет значительно выше, чем у белого.

Поскольку черный чайник обладает большим коэффициентом излучения, он будет отдавать тепло в окружающее пространство путем излучения более интенсивно, чем белый чайник при той же температуре. Это приведет к тому, что вода в черном чайнике будет терять внутреннюю энергию быстрее и, как следствие, остынет скорее.

Ответ: Вода остывает быстрее в черном чайнике.