Номер 11.18, страница 36 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

§ 11. Плотность вещества. Глава 2. Движение и взаимодействие тел - номер 11.18, страница 36.

11.18 [245] Плотность алюминия в твёрдом состоянии $2700 \text{ кг/м}^3$, в жидком — $2380 \text{ кг/м}^3$. В чём причина такого изменения плотности алюминия?

Дано:

Плотность алюминия в твёрдом состоянии $ \rho_т = 2700 \, \text{кг/м}^3 $
Плотность алюминия в жидком состоянии $ \rho_ж = 2380 \, \text{кг/м}^3 $

Найти:

Причину изменения плотности алюминия.

Решение:

Плотность вещества — это физическая величина, равная отношению массы тела к его объёму. Она определяется по формуле $ \rho = \frac{m}{V} $.

При переходе вещества из одного агрегатного состояния в другое (в данном случае, из твёрдого в жидкое в процессе плавления) его масса $ m $ остаётся неизменной, так как количество вещества не меняется.

Из условия задачи видно, что плотность алюминия при плавлении уменьшается (с $ 2700 \, \text{кг/м}^3 $ до $ 2380 \, \text{кг/м}^3 $). Из формулы для плотности следует, что объём $ V $ обратно пропорционален плотности $ \rho $ при постоянной массе ($ V = \frac{m}{\rho} $). Следовательно, если плотность уменьшается, то объём, занимаемый веществом, увеличивается.

Причиной такого изменения является изменение во внутреннем строении вещества на микроуровне.

В твёрдом состоянии атомы алюминия упорядочены и образуют кристаллическую решётку. В этой структуре атомы расположены очень плотно и совершают лишь небольшие колебания около своих фиксированных положений.

При нагревании до температуры плавления и последующем плавлении, атомы получают достаточно энергии для того, чтобы преодолеть силы взаимного притяжения, удерживающие их в узлах кристаллической решётки. В результате этого упорядоченная структура разрушается. В жидком состоянии атомы становятся более подвижными и уже не имеют строго фиксированных положений. Среднее расстояние между атомами увеличивается.

Именно это увеличение среднего расстояния между атомами и приводит к увеличению общего объёма вещества. Поскольку масса алюминия осталась той же, а объём увеличился, его плотность, как отношение массы к объёму, уменьшилась.

Ответ: Уменьшение плотности алюминия при плавлении связано с изменением его внутреннего строения. При переходе из твёрдого состояния в жидкое разрушается кристаллическая решётка, из-за чего среднее расстояние между атомами увеличивается. Это приводит к увеличению объёма вещества при неизменной массе и, как следствие, к уменьшению плотности.