Номер 41.20, страница 156 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

§ 41. Плавление и отвердевание. Глава 6. Тепловые явления - номер 41.20, страница 156.

41.20 [1072] Смогли бы мы наблюдать привычные нам изменения в природе весной, если бы удельная теплота плавления льда была такой же маленькой, как у ртути?

41.20 [1072]

Для ответа на этот вопрос необходимо сравнить удельную теплоту плавления льда и ртути и проанализировать роль этой физической величины в природных процессах.

Дано:

Удельная теплота плавления льда: $\lambda_{льда} = 3.3 \cdot 10^5 \text{ Дж/кг}$
Удельная теплота плавления ртути: $\lambda_{ртути} = 1.1 \cdot 10^4 \text{ Дж/кг}$

Найти:

Описать изменения в природе весной, если бы удельная теплота плавления льда была равна удельной теплоте плавления ртути.

Решение:

Количество теплоты ($Q$), необходимое для плавления тела массой $m$, находящегося при температуре плавления, определяется формулой: $$ Q = \lambda m $$ где $\lambda$ — удельная теплота плавления вещества.

Сравнивая значения удельной теплоты плавления для льда и ртути, видим, что $\lambda_{льда}$ примерно в 30 раз больше, чем $\lambda_{ртути}$: $$ \frac{\lambda_{льда}}{\lambda_{ртути}} = \frac{3.3 \cdot 10^5 \text{ Дж/кг}}{1.1 \cdot 10^4 \text{ Дж/кг}} \approx 30 $$

Именно благодаря аномально высокой удельной теплоте плавления льда весенние изменения в природе происходят постепенно. Большое количество солнечной энергии, поступающей на Землю весной, расходуется не на нагрев воздуха, а на таяние огромных масс снега и льда. Этот процесс поглощает колоссальное количество теплоты, что имеет два важных следствия:

1. Замедленное таяние. Снег и лед тают медленно, в течение нескольких недель или даже месяцев. Это позволяет рекам постепенно справляться с увеличением объема воды, предотвращая катастрофические наводнения.
2. Сглаживание температуры. Пока идет процесс таяния, температура воздуха держится около $0^\circ\text{C}$. Большая часть теплоты идет на фазовый переход (плавление), а не на резкое повышение температуры окружающей среды. Это обеспечивает плавный переход от зимы к лету.

Если бы удельная теплота плавления льда была такой же низкой, как у ртути, то для таяния того же количества снега и льда потребовалось бы примерно в 30 раз меньше теплоты. Это привело бы к следующим последствиям:

• С приходом первых теплых дней весь снег и лед, накопленный за зиму, растаял бы очень быстро, возможно, за несколько дней.
• Огромные массы талой воды одновременно устремились бы в реки, что вызвало бы разрушительные, катастрофические наводнения и затопление больших территорий. Привычное весеннее половодье превратилось бы в стихийное бедствие.
• Поскольку на процесс таяния тратилось бы значительно меньше энергии, избыток солнечной теплоты привел бы к очень резкому и быстрому потеплению. Плавного перехода температур не было бы.

Таким образом, привычные нам постепенные весенние изменения в природе мы бы не наблюдали. Вместо этого весна характеризовалась бы быстрыми и губительными наводнениями и резкими скачками температуры.

Ответ: Нет, мы не смогли бы наблюдать привычные нам изменения в природе весной. Из-за очень низкой удельной теплоты плавления лед и снег таяли бы почти мгновенно, что приводило бы к катастрофическим наводнениям и резкому повышению температуры, а не к плавному и постепенному приходу весны.