Номер 3, страница 303 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Синяков

Глава 8. Твёрдые тела и их превращение в жидкости. Параграф 8.7. Плавление и отвердевание - номер 3, страница 303.

Условие.

3. Изобразите график зависимости температуры тел от времени нагревания в процессе перехода из твёрдого состояния в жидкое.

Решение.

Решение

График зависимости температуры тела от времени нагревания при переходе из твёрдого состояния в жидкое для кристаллического тела состоит из трёх участков. Рассмотрим каждый из них, предполагая, что тело получает теплоту с постоянной мощностью.

1. Участок 1: Нагревание твёрдого тела.
В начальный момент времени тело находится в твёрдом состоянии при температуре ниже температуры плавления. При сообщении ему теплоты его температура начинает расти. Количество теплоты $Q_1$, необходимое для нагревания тела массой $\text{m}$ от начальной температуры $T_1$ до температуры плавления $T_{пл}$, определяется формулой:
$Q_1 = c_т \cdot m \cdot (T_{пл} - T_1)$
где $c_т$ – удельная теплоёмкость вещества в твёрдом состоянии.Так как мощность нагревателя постоянна, температура будет расти линейно со временем. На графике этот процесс изображается в виде наклонного прямолинейного отрезка, идущего вверх.

2. Участок 2: Плавление.
Когда температура тела достигает температуры плавления $T_{пл}$, начинается процесс плавления – переход вещества из твёрдого состояния в жидкое. В течение всего процесса плавления температура вещества не изменяется, оставаясь равной $T_{пл}$, несмотря на то что теплота продолжает поступать. Вся подводимая энергия расходуется на разрушение кристаллической решётки. Количество теплоты $Q_2$, необходимое для плавления всего тела, рассчитывается по формуле:
$Q_2 = \lambda \cdot m$
где $\lambda$ – удельная теплота плавления вещества.На графике этот процесс изображается в виде горизонтального прямолинейного отрезка на уровне температуры $T_{пл}$. Длина этого участка пропорциональна количеству теплоты, необходимой для плавления.

3. Участок 3: Нагревание жидкости.
После того как всё вещество расплавится, его температура (уже в жидком состоянии) снова начинает расти при дальнейшем нагревании. Количество теплоты $Q_3$, необходимое для нагревания получившейся жидкости от температуры плавления $T_{пл}$ до некоторой конечной температуры $T_2$, определяется формулой:
$Q_3 = c_ж \cdot m \cdot (T_2 - T_{пл})$
где $c_ж$ – удельная теплоёмкость вещества в жидком состоянии.На графике этот процесс также изображается в виде наклонного прямолинейного отрезка, идущего вверх. Угол наклона этого участка, как правило, отличается от угла наклона первого участка, так как удельные теплоёмкости вещества в твёрдом ($c_т$) и жидком ($c_ж$) состояниях обычно различны.

Таким образом, график представляет собой ломаную линию, состоящую из трёх последовательных отрезков: наклонного (нагрев твёрдого тела), горизонтального (плавление) и снова наклонного (нагрев жидкости).

Ответ: График зависимости температуры от времени нагревания при переходе кристаллического тела из твёрдого состояния в жидкое имеет следующий вид:
- Сначала идёт наклонный участок, соответствующий нагреванию твёрдого тела до температуры плавления. Температура линейно растёт со временем.
- Затем следует горизонтальный участок (плато), соответствующий процессу плавления. На этом участке температура тела остаётся постоянной и равной температуре плавления, пока всё тело не расплавится.
- После завершения плавления снова идёт наклонный участок, соответствующий нагреванию образовавшейся жидкости. Температура снова начинает линейно расти со временем.