Лёд в стакане (экспериментальный тур)

Количество теплоты, передаваемое в единицу времени от нагретого тела к холодному, прямо пропорционально разности температур между этими телами (закон Ньютона–Рихмана): \(Q = \alpha\,(t_2 - t_1)\,\tau\), где \(\alpha\) — коэффициент теплопередачи, \(\tau\) — время теплопередачи, \(t_1\) — температура холодного тела, \(t_2\) — нагретого тела.

Определите коэффициенты теплопередачи \(\alpha_1\) и \(\alpha_2\) от воздуха в комнате к \(50\) г воды, имеющей температуру \(0\,^\circ\)C, в тонкостенном пластиковом стакане (\(\alpha_1\)) и в стакане из пенопласта (\(\alpha_2\)).

Оборудование: термометр, пластиковый стакан и стакан из пенопласта, крышка с отверстием под термометр, секундомер, одноразовые тарелка и ложечка, весы, салфетки, вода, лёд (по требованию); миллиметровая бумага (для построения графиков).

Возьмите тонкостенный пластиковый стакан, налив в него воды (приблизительно \(40\) г), и охладите её до температуры не более \((2\div3)\,^\circ\)C. Опустите в охлаждённую воду кусочек льда. Каждые две минуты быстро взвешивайте кусочек льда, положив предварительно на весы толстый слой салфетки. Перед каждым взвешиванием обнуляйте показания весов. Зафиксируйте массу воды, остающейся на салфетке после каждого взвешивания.

Повторите эксперимент со вторым стаканом. Постройте графики зависимости массы воды, переходящей из твёрдого состояния в жидкое внутри стакана, от времени для каждого из стаканов. На основе полученных графиков определите коэффициенты теплопередачи \(\alpha_1\) и \(\alpha_2\).

Проведите ещё раз эксперимент с пенопластовым стаканом: первый раз взвесив лёд через 2–3 минуты после его погружения в стакан и второй раз ещё через 15 минут. Вычислите коэффициент теплопередачи \(\alpha_{22}\) в данном случае. Если расхождение между \(\alpha_2\) и \(\alpha_{22}\) превышает \(20\,\%\), объясните причину этого расхождения.