Номер 5, 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 5, страница 303.

Условие.

5. Объясните процессы плавления и отвердевания на основании молекулярно-кинетической теории.

Решение.

Процесс плавления

Согласно молекулярно-кинетической теории (МКТ), в твердых кристаллических телах частицы (атомы, ионы или молекулы) расположены в строгом порядке, образуя кристаллическую решетку. Они не находятся в состоянии покоя, а совершают непрерывные колебательные движения около своих положений равновесия. Кинетическая энергия этих колебаний напрямую связана с температурой тела.

При нагревании твердого тела ему сообщается внешняя энергия. Эта энергия поглощается частицами, что приводит к увеличению их внутренней энергии, а именно — к росту средней кинетической энергии. В результате амплитуда и частота колебаний частиц в узлах решетки возрастают.

Когда температура тела достигает определенного значения, называемого температурой плавления, амплитуда колебаний частиц становится настолько большой, что силы межмолекулярного притяжения уже не в состоянии удержать их в фиксированных положениях. Порядок в расположении частиц нарушается — кристаллическая решетка начинает разрушаться. Вещество переходит из твердого агрегатного состояния в жидкое.

Важной особенностью процесса плавления является то, что температура вещества остается постоянной, пока все тело не расплавится. Вся подводимая в это время энергия (удельная теплота плавления) расходуется не на увеличение кинетической энергии частиц, а на совершение работы против сил межмолекулярного взаимодействия, то есть на увеличение их потенциальной энергии. В жидком состоянии частицы уже не связаны жестко друг с другом и могут свободно перемещаться по всему объему, сохраняя лишь ближний порядок в расположении.

Ответ: Плавление — это фазовый переход вещества из твердого состояния в жидкое, происходящий при постоянной температуре. С точки зрения МКТ, при нагревании твердого тела увеличивается энергия колебаний его частиц. При достижении температуры плавления эта энергия становится достаточной для разрушения кристаллической решетки, в результате чего частицы получают возможность свободно перемещаться, и тело становится жидким.

Процесс отвердевания (кристаллизации)

Отвердевание (или кристаллизация) представляет собой процесс, обратный плавлению, — переход вещества из жидкого состояния в твердое. Он происходит при охлаждении жидкости.

Когда от жидкости отводится тепло, ее внутренняя энергия уменьшается. Это приводит к снижению средней кинетической энергии частиц, из-за чего они начинают двигаться медленнее.

При достижении температуры отвердевания (которая для чистых веществ совпадает с температурой плавления) скорость движения частиц становится настолько малой, что силы межмолекулярного притяжения начинают преобладать. Частицы сближаются и начинают выстраиваться в упорядоченную структуру, образуя центры кристаллизации, которые затем разрастаются, формируя кристаллическую решетку.

В процессе отвердевания вещество выделяет энергию (теплоту кристаллизации), равную по величине энергии, поглощенной при плавлении. Это происходит потому, что при образовании связей в кристаллической решетке потенциальная энергия взаимодействия частиц уменьшается, а этот избыток энергии выделяется во внешнюю среду в виде тепла. Из-за этого непрерывного выделения энергии температура вещества остается постоянной до тех пор, пока вся жидкость не перейдет в твердое состояние.

После полного отвердевания частицы оказываются зафиксированными в узлах кристаллической решетки и могут лишь совершать колебательные движения около своих положений равновесия.

Ответ: Отвердевание — это фазовый переход вещества из жидкого состояния в твердое, сопровождающийся выделением энергии при постоянной температуре. С точки зрения МКТ, при охлаждении жидкости кинетическая энергия ее частиц уменьшается. При температуре отвердевания их движение замедляется настолько, что силы притяжения заставляют их выстраиваться в упорядоченную структуру — кристаллическую решетку.