Задачи › Теплопроводность, закон охлаждения Ньютона

Теплоизоляция контейнеров

  1. Теплоизоляция контейнеров

    Курчатов 2025/26, 8 кл.
    3/10

    Шурик проводит опыт по изучению теплопроводности теплоизоляционных материалов. У него есть два одинаковых герметичных контейнера с одинаковой площадью поверхности, помещённых в лаборатории, где температура воздуха постоянна и равна \(t_{\text{лаб}} = 20\,^\circ\text{C}\). Первый контейнер Шурик покрыл слоем теплоизоляции из материала \(A\) толщиной \(d_1 = 4\) см. Внутри этого контейнера поддерживается температура \(t_1 = 50\,^\circ\text{C}\). Для поддержания этой температуры требуется мощность нагревателя \(P_1 = 15\) Вт. Второй контейнер покрыт слоем теплоизоляции из материала \(B\) толщиной \(d_2 = 2\) см, а внутренняя температура во втором контейнере равна \(t_2 = 30\,^\circ\text{C}\).

    Мощность \(P\) теплоотдачи через теплоизоляционный слой можно вычислить по формуле: \[P = \frac{\lambda S \Delta t}{d},\] где \(\Delta t\) — разность температур на границах слоя, \(S\) — площадь поперечного сечения слоя, \(d\) — толщина слоя, \(\lambda\) — коэффициент теплопроводности материала теплоизоляционного слоя.

    Известно, что коэффициент теплопроводности материала \(B\) в два раза больше, чем у материала \(A\): \(\lambda_B = 2\lambda_A\). Найдите мощность \(P_2\), необходимую для поддержания температуры \(t_2\) во втором контейнере. Ответ дайте в ваттах с точностью до целого числа.

    ▶Показать разборСкрыть разбор
    Подсказка

    Запишите формулу мощности для обоих контейнеров и разделите одно равенство на другое, чтобы исключить площадь и неизвестные коэффициенты.

    Ответ

    \(P_2 = 20\) Вт.

    Решение

    Запишем выражения для мощностей теплоотдачи через теплоизоляционный слой в первом и втором контейнерах: \[P_1 = \frac{\lambda_A S (t_1 - t_{\text{лаб}})}{d_1}, \qquad P_2 = \frac{\lambda_B S (t_2 - t_{\text{лаб}})}{d_2}.\] Разделив уравнения друг на друга, получим: \[\frac{P_2}{P_1} = \frac{\lambda_B}{\lambda_A}\cdot\frac{(t_2 - t_{\text{лаб}})}{(t_1 - t_{\text{лаб}})} \cdot\frac{d_1}{d_2}.\] Откуда находим искомую мощность: \[P_2 = \frac{\lambda_B}{\lambda_A}\cdot\frac{(t_2 - t_{\text{лаб}})}{(t_1 - t_{\text{лаб}})} \cdot\frac{d_1}{d_2}\, P_1 = 20 \text{ Вт}.\] Ответ: \(P_2 = 20\) Вт.

    Вся олимпиада на сайте

    Страница задачиОшибка в задаче?

Похожие задачи