Сказка «Тепловые явления»
Учитель: Жил-был царь, и были у него две дочери. Красавицы такие, что ни в сказке сказать, ни пером описать! Пришло время отцу искать им достойных женихов. Кликнул он клич по царствам. Стали съезжаться добры молодцы ко двору. Царь всех оценивает: этот красив, но глуп; у другого ума палата, да на ладан дышит; третий богат и умён, да мысли чёрные имеет. Всё подмечает заботливый отцовский взгляд. Наконец нашёл подходящего, но одного. Тут уж перед молодцем встал вопрос, которую из сестёр выбрать. И старшая, и младшенькая ему вроде бы нравятся, да поспешно не сделать бы ошибку. И спросил он разрешения у царя сделать им проверку. «Наполните, – говорит, – чайники доверху водой, да поставьте на плиту. У кого вода быстрее закипит, ту и возьму в жёны».
Красавицы были рукодельные, тотчас же воды в чайники налили, на печь поставили. А молодец сидит и наблюдает.
Скоро сказка сказывается, да не скоро вода нагревается…
Наконец один из чайников запыхтел. У младшенькой вода быстрее закипела. Она и стала женой молодца. Сказка на этом и закончилась, да непонятно, почему у младшенькой вода быстрее закипела?! Помните: «Сказка – ложь, да в ней намёк, добрым молодцам урок»? Может быть, случайно? Тогда грош цена такому выбору.
Учитель: От чего зависит быстрота закипания чайника. Вы перечисляйте, а я на доске буду записывать. А потом каждую причину обсудим.
Учащиеся. От формы и объёма чайников… От цвета и блеска чайников… От того, из чего сделаны чайники… От количества воды в чайнике… От начальной температуры в чайнике… От источника тепла… От плотности прилегания крышки.
Учитель. А сейчас каждую причину будем проверять. (Обсуждение первых двух предположений.) Следующее ваше предположение проверим с помощью задачи. Пусть чайники были медный и алюминиевый. Удельные теплоёмкости находим по таблице плотностей: меди – 390 Дж/(кг · °С), алюминия – 900 Дж/(кг · °С). Пусть массы чайников тоже одинаковые, по 2 кг, начальная температура 20 °С. Вода кипит при 100 °С. Находим требуемые количества теплоты: 62 400Дж, 144 000 Дж соответственно.
…от количества воды. Пусть в одном чайнике 2 кг, воды, а в другом 3 кг. Удельная теплоёмкость воды 4200 Дж/(кг · °С). Для нагрева таких масс воды до кипения требуется соответственно 672 000 и 1 008 000 Дж.
…от начальной температуры. Пусть воды по 2 кг, а начальные температуры 10 и 20 °С. Тогда требуемые количества теплоты 756 000 и 672 000 Дж.
…от вида топлива. Пусть одно топливо дрова, другое – уголь. Их удельная теплота сгорания соответственно 10 и 30 МДж/кг. Массы возьмём одинаковые – по 2 кг. Тогда требуемые количества теплоты 20 и 60 МДж.
…от плотности прилегания крышки. Мы забыли человеческий фактор! В сказке сказано: старшая дочь и младшенькая дочь. Старшей хотелось поскорее выйти замуж, поэтому она очень часто заглядывала в чайник, проверяла и тем самым остужала чайник. Младшенькая оказалась умнее и терпеливее.