Стакан с горячим чаем оставили в большом прохладном помещении. С течением времени температура чая сравнялась с температурой окружающего воздуха. Как при этом изменились интенсивности теплового излучения и теплового поглощения чая. Ответ поясните

Когда стакан с горячим чаем оставляют в прохладном помещении, он теряет тепло, пока его температура не сравняется с температурой окружающей среды. Рассмотрим, как изменяются интенсивности теплового излучения и теплового поглощения чая в этом процессе.

Тепловое излучение

Интенсивность теплового излучения чая зависит от его температуры, согласно закону Стефана-Больцмана:

где:

• $\sigma$ — постоянная Стефана-Больцмана,
• $\varepsilon$ — коэффициент излучательной способности,
• $T$ — температура тела (в кельвинах).

1. Начальная фаза: Когда чай горячий, его температура значительно выше температуры окружающей среды. Поэтому интенсивность излучения тепла чайным стаканом велика.
2. С течением времени: По мере остывания чая его температура уменьшается, и интенсивность теплового излучения также снижается.
3. В момент термического равновесия: Когда температура чая становится равной температуре окружающего воздуха, интенсивность его теплового излучения достигает минимума, равного интенсивности излучения окружающей среды.

Тепловое поглощение

Интенсивность теплового поглощения зависит от температуры окружающей среды и способностей чая поглощать излучение. В данном случае температура окружающего воздуха остаётся постоянной.

1. Начальная фаза: Пока чай горячий, он всё равно поглощает некоторое количество теплового излучения от окружающей среды. Однако это поглощение меньше, чем излучение, так как температура чая выше температуры воздуха.
2. С течением времени: По мере остывания чая разница между его температурой и температурой воздуха уменьшается, и интенсивности теплового излучения и поглощения становятся всё ближе друг к другу.
3. В момент термического равновесия: Когда температура чая сравнивается с температурой воздуха, интенсивность теплового поглощения становится равной интенсивности теплового излучения. В этом состоянии энергии чая остаётся неизменной, так как поступление тепла и его отдача сбалансированы.

Итог

• Интенсивность теплового излучения чая уменьшается по мере его остывания.
• Интенсивность теплового поглощения чая остаётся практически неизменной (зависит от температуры окружающей среды), но становится равной интенсивности излучения при достижении равновесия.