Номер 2, страница 312 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Синяков

Глава 8. Твёрдые тела и их превращение в жидкости. Параграф 8.9. Изменение объёма тела при плавлении и отвердевании. Тройная точка - номер 2, страница 312.

Условие.

2. Каким образом температура плавления вещества зависит от внешнего давления?

Решение.

Решение

Зависимость температуры плавления ($T_{пл}$) от внешнего давления ($\text{p}$) определяется знаком изменения удельного объёма вещества при переходе из твёрдого состояния в жидкое. Эта зависимость описывается уравнением Клапейрона-Клаузиуса:

$\frac{dT_{пл}}{dp} = \frac{T_{пл} (V_{ж} - V_{тв})}{L_{пл}}$

где $V_{ж}$ и $V_{тв}$ — удельные объёмы вещества в жидкой и твёрдой фазах соответственно, а $L_{пл}$ — удельная теплота плавления (всегда положительная величина, $L_{пл} > 0$). Из уравнения видно, что знак производной $\frac{dT_{пл}}{dp}$ зависит от знака разности объёмов $(V_{ж} - V_{тв})$. В связи с этим выделяют два случая:

Вещества, расширяющиеся при плавлении. Для подавляющего большинства веществ удельный объём в жидком состоянии больше, чем в твёрдом ($V_{ж} > V_{тв}$). К таким веществам относятся, например, большинство металлов, парафин, нафталин. Для них разность $(V_{ж} - V_{тв})$ положительна, следовательно, и производная $\frac{dT_{пл}}{dp} > 0$. Это означает, что с увеличением внешнего давления температура плавления таких веществ повышается. Интуитивно это можно объяснить так: внешнее давление препятствует расширению, необходимому для плавления, поэтому для разрушения кристаллической решётки требуется сообщить частицам большую кинетическую энергию, то есть нагреть тело до более высокой температуры.

Вещества, сжимающиеся при плавлении. Существует небольшая группа аномальных веществ, у которых удельный объём в жидком состоянии меньше, чем в твёрдом ($V_{ж} < V_{тв}$). Самый известный пример — вода (лёд имеет меньшую плотность, чем жидкая вода, и поэтому плавает на её поверхности). К таким веществам также относятся висмут, галлий, сурьма, чугун. Для них разность $(V_{ж} - V_{тв})$ отрицательна, и, соответственно, производная $\frac{dT_{пл}}{dp} < 0$. Это означает, что с увеличением внешнего давления температура плавления этих веществ понижается. В этом случае повышенное давление, наоборот, способствует переходу вещества в более плотную жидкую фазу, поэтому плавление происходит при более низкой температуре.

Ответ: Температура плавления вещества зависит от внешнего давления. Для большинства веществ, объём которых при плавлении увеличивается, температура плавления растёт с увеличением давления. Для веществ, объём которых при плавлении уменьшается (например, вода), температура плавления понижается с увеличением давления.