На головку спички намотайте два витка тонкой медной проволоки. Возьмите проволоку за свободный конец и введите её в пламя свечи или спиртовки на расстоянии 5 см от спички (рис. 101, а). Через несколько секунд спичка воспламенится (рис. 101, б). Объясните наблюдаемое явление.
рис. 101
Медная проволока обладает высокой теплопроводностью. Скорость колебательного движения частиц металла увеличивается в той части проволоки, которая ближе расположена к пламени. Поскольку частицы постоянно взаимодействуют друг с другом, то увеличивается скорость движения соседних частиц. Начинает повышаться температура следующей части проволоки. Тепло передалось спичке, вследствие чего спичка зажглась.
Для объяснения наблюдаемого явления в этой задаче важно понять несколько ключевых физических процессов, которые связаны с передачей тепла, свойствами металлов и механизмами воспламенения. Рассмотрим их подробно.
Теплопередача — это процесс передачи энергии в форме тепла от одной части тела или вещества к другой, либо между различными телами. Существует три основных способа передачи тепла: теплопроводность, конвекция и излучение.
Теплопроводность — это процесс передачи тепловой энергии через вещество от более нагретых участков к менее нагретым без переноса самого вещества. Металлы обладают высокой теплопроводностью, так как их электронная структура позволяет свободным электронам эффективно передавать энергию. Медная проволока, которая используется в эксперименте, является проводником с очень высокой теплопроводностью. Это означает, что тепло, переданное свободному концу проволоки, будет быстро распространяться вдоль её длины.
Процесс передачи тепла от свечи к спичке через медную проволоку:
1. Когда свободный конец медной проволоки нагревается в пламени свечи или спиртовки, тепло начинает распространяться по проволоке за счет теплопроводности.
2. Проволока передаёт тепловую энергию к головке спички. Головка спички содержит горючее вещество, например, смесь бертолетовой соли (хлорид калия) и серы, которое воспламеняется при достижении определённой температуры.
3. Важно отметить, что медная проволока не только передаёт тепло, но и концентрирует его вокруг головки спички благодаря намотке в виде витков. Это обеспечивает более быстрое нагревание головки до температуры воспламенения.
Температура воспламенения — это минимальная температура, при которой вещество начинает гореть в присутствии кислорода. В данном случае горючее вещество на головке спички воспламенится при достижении этой температуры.
Преимущество медной проволоки:
Металлы, такие как медь, не только обладают высокой теплопроводностью, но и остаются стабильными при высоких температурах, не плавясь и не деформируясь в условиях эксперимента. Это позволяет медной проволоке эффективно передавать тепло без разрушения.
Ключевая роль расстояния:
Расстояние между пламем и головкой спички важно для предотвращения прямого контакта спички с огнём. Благодаря этому наблюдается эффект передачи тепла через промежуточный проводник — медную проволоку.
Таким образом, наблюдаемое явление объясняется способностью меди эффективно передавать тепловую энергию, которая нагревает головку спички до её температуры воспламенения.
Пожауйста, оцените решение
