Question

Почему тонкая медная проволока плавиться в пламени газовой горелки, в то время как толстый медный гвоздь даже не раскаля

Answer 1

В обоих случаях газовая горелка нагревает некоторый участок медного стержня. плавление произойдет если этот участок получит количество теплоты Q=Q1+Q2, Q1=cm(t2-t1), где с - удельная теплоемкость меди, m - масса нагреваемого участка, t2 - начальная температура стержня, t1 - температура плавления меди, Q2=Lm, где L - удельная теплота плавления меди. участок получает количество теплоты Q3=qmT от горелки, где q - мощность горелки, T - время нагревания и теряет количество теплоты Q4 за счет теплопередачи. эти потери происходят главным образом за счет отвода тепла (теплопроводность меди очень высокая) от места нагревания к ненагреваемой части стержня и последующего его рассеивания в воздух. учитывая, что теплопередача пропорциональна площади сечения стержня, а рассеивание пропорционально площади рассеивающей поверхности, зависящей от длины ненагреваемой части стержня. заключаем что Q4 тем больше, чем больше толщина стержня и растет до некоторых приделов при увеличении отношения: длина ненагреваемой части/ длина нагреваемой части.
таким образом если в уравнении Q1+Q2=Q3-Q4, больше правая часть, то стержень плавится, в противном случае -
нет. у тонкой проволоки Q4 маленькое и спустя некоторое время (необходимое для роста Q3) она плавиться, у толстого стержня Q4 большое и оно полностью компенсирует рост Q3, стержень не плавится. чтобы он расплавился нужно увеличить или q или длину нагреваемого участка, или уменьшить длину ненагреваемого участка

Answer 2

Тонкая медная проволока плавится в пламени газовой горелки, потому что она имеет меньший объем и массу, чем толстый медный гвоздь, и поэтому быстрее нагревается до температуры плавления. Тонкая проволока также имеет большую поверхность в сравнении с гвоздем, что увеличивает ее контакт с пламенем и ускоряет процесс нагрева.

С другой стороны, толстый медный гвоздь имеет больший объем и массу, что затрудняет быстрое нагревание до температуры плавления в пламени газовой горелки. Кроме того, медь - отличный проводник тепла, поэтому гвоздь быстро отводит тепло от своей поверхности и труднее нагревается до температуры плавления.

Таким образом, тонкая медная проволока плавится в пламени газовой горелки, потому что она имеет меньший объем и массу, большую поверхность и легче нагревается, в то время как толстый медный гвоздь не раскаляется из-за своего большего объема и массы, а также отличной теплопроводности меди.