Почему вода в двух стаканах остывает по-разному?

Задача

Вы налили одинаковую тёплую воду в два одинаковых стакана. Один накрыли крышкой. Какой будет теплее через четверть часа? Сначала запишите прогноз и причину: крышка может уменьшить испарение и движение воздуха над водой, но не останавливает теплообмен полностью. Именно поэтому сравнивают измерения, а не обещают «сохранить всё тепло».

Опорная схема понятий

Температура показывает тепловое состояние тела; термометр измеряет её в градусах Цельсия (°C). Теплопередача — перенос энергии из более тёплой области в более холодную. Теплопроводность происходит через соприкосновение, конвекция связана с движением жидкости или газа, а испарение уносит энергию вместе с молекулами воды. Эти пути могут действовать одновременно. Время отсчитываем от одинакового момента для обоих стаканов.

Разбор на числах

Учебная таблица, а не результат нашего опыта: в минуту 0 оба стакана имеют 40 °C; через 5 минут открытый — 36 °C, закрытый — 37 °C; через 10 минут — 33 и 35 °C; через 15 минут — 31 и 34 °C. За 15 минут открытая вода охладилась на 40 − 31 = 9 °C, закрытая — на 40 − 34 = 6 °C. Разность конечных температур 3 °C. Эти числа показывают изменение температуры, но пока не дают энергию в джоулях.

Практика без риска

Для собственного опыта возьмите только приятно тёплую воду, примерно 35–40 °C, устойчивые одинаковые стаканы и обычный термометр; горячую воду и электроприборы не используйте. Налейте равные объёмы, поставьте стаканы рядом вдали от края, записывайте показания каждые 5 минут. Не держите термометр у стенки. Если термометра нет, постройте график учебной таблицы: по горизонтали минуты, по вертикали °C; нанесите обе серии и подпишите, что данные учебные.

Проверьте себя

Проверка: почему нельзя сказать, что крышка «создала тепло»? Назовите минимум два пути теплопередачи и объясните, что в опыте осталось одинаковым. Перенос: что изменится, если один стакан поставить на солнце? Тогда уже нельзя приписывать всю разницу одной крышке.

Карта опыта

Журнал исследования

Запишите в журнал три колонки: «Что предсказал», «Что показывают данные» и «Чего данные не доказывают». Сначала заполните первую колонку без подсказки; после расчёта исправьте объяснение, если оно не выдержало проверки. Если выполняли настоящий опыт, отделите свои измерения от учебных чисел.

Следующий урок: Можно ли перевести падение температуры в джоули?