Номер 41.10, страница 155 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

§ 41. Плавление и отвердевание. Глава 6. Тепловые явления - номер 41.10, страница 155.

41.10 [1063] Объясните на основании молекулярно-кинетической теории, почему у тела не повышается температура в момент плавления и кристаллизации.

Решение

Это явление объясняется на основе положений молекулярно-кинетической теории (МКТ), которая устанавливает, что температура является мерой средней кинетической энергии хаотического движения частиц вещества (атомов, молекул). Внутренняя энергия тела складывается из кинетической энергии движения частиц и потенциальной энергии их взаимодействия.

Плавление

В твердом кристаллическом веществе частицы расположены в строгом порядке (в узлах кристаллической решетки) и совершают колебательные движения около этих положений. При нагревании твердого тела подводимая к нему теплота увеличивает энергию колебаний частиц, то есть их среднюю кинетическую энергию, что проявляется в росте температуры.

При достижении температуры плавления энергия колебаний частиц становится настолько большой, что они начинают разрушать связи, удерживающие их в кристаллической решетке. С этого момента вся подводимая к телу энергия расходуется исключительно на разрушение этой решетки. Эта энергия идет на увеличение потенциальной энергии частиц, так как они отдаляются друг от друга и получают большую свободу перемещения. Средняя кинетическая энергия частиц при этом не изменяется. Поскольку температура — это мера именно средней кинетической энергии, она остается постоянной на протяжении всего процесса плавления, пока все вещество не перейдет из твердого состояния в жидкое.

Кристаллизация

Кристаллизация (или затвердевание) — процесс, обратный плавлению. При охлаждении жидкости ее температура падает, так как частицы теряют свою кинетическую энергию и замедляют движение. Когда температура достигает точки кристаллизации, частицы движутся уже настолько медленно, что силы межмолекулярного притяжения становятся достаточными, чтобы "захватить" их и выстроить в упорядоченную кристаллическую решетку.

При образовании связей и переходе частиц из менее упорядоченного жидкого состояния в более упорядоченное твердое выделяется энергия. Это происходит потому, что потенциальная энергия системы уменьшается. Эта выделяющаяся энергия (теплота кристаллизации) в точности компенсирует тепло, которое отводится от вещества в окружающую среду для его охлаждения. Таким образом, несмотря на отвод тепла, средняя кинетическая энергия частиц не уменьшается, и, следовательно, температура вещества остается постоянной до тех пор, пока вся жидкость не затвердеет.

Ответ:

Согласно молекулярно-кинетической теории, температура тела является мерой средней кинетической энергии его частиц. Во время плавления вся подводимая извне энергия идет на разрушение кристаллической решетки (увеличение потенциальной энергии частиц), а не на увеличение их скорости (кинетической энергии), поэтому температура не растет. Во время кристаллизации происходит обратный процесс: при образовании связей в кристаллической решетке выделяется энергия, которая компенсирует отвод тепла от тела, поэтому средняя кинетическая энергия частиц (и температура) не уменьшается до полного затвердевания вещества.