Номер 41.4, страница 154 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

§ 41. Плавление и отвердевание. Глава 6. Тепловые явления - номер 41.4, страница 154.

41.4 [1058] Два тигля с одинаковой массой расплавленного свинца остывают в помещениях с разной температурой. Какой график построен для тёплого помещения, а какой — для холодного (рис. VI-14, а, б)? Сравните участки 1–4 графиков на рисунках а и б. Объясните причины различий.

a) $t, \degree C$

Время $t$

б) $t, \degree C$

Время $t$

Рис. VI-14

Какой график построен для тёплого помещения, а какой — для холодного?

Скорость остывания тела, согласно закону теплообмена Ньютона, пропорциональна разности температур между телом и окружающей средой. Чем больше эта разность, тем интенсивнее происходит теплообмен и тем быстрее тело остывает.

В холодном помещении температура окружающей среды ниже, следовательно, разность температур между расплавленным свинцом и воздухом в комнате будет больше. Это приведет к более быстрому остыванию.

Сравнивая два графика, мы видим, что на графике б температура падает значительно быстрее (наклоны участков 1 и 3 более крутые), и весь процесс занимает меньше времени. Кроме того, конечная температура, при которой свинец достигает теплового равновесия с окружающей средой (участок 4), на графике б ниже, чем на графике а. Это указывает на то, что температура в помещении, соответствующем графику б, ниже.

Таким образом, график а соответствует остыванию свинца в теплом помещении, а график б — в холодном.

Ответ: График а построен для тёплого помещения, а график б — для холодного.

Сравните участки 1–4 графиков на рисунках а и б. Объясните причины различий.

На обоих графиках изображен процесс остывания и кристаллизации свинца. Участки графиков соответствуют следующим физическим процессам:

• Участок 1: остывание жидкого свинца.
• Участок 2: кристаллизация (затвердевание) свинца.
• Участок 3: остывание твёрдого свинца.
• Участок 4: тепловое равновесие свинца с окружающей средой.

Сравним соответствующие участки на графиках а и б:

• Участок 1. На этом участке происходит остывание жидкого свинца. Наклон прямой на графике б круче, чем на графике а. Это означает, что скорость остывания в случае б выше. Причина в том, что в холодном помещении (график б) разность температур между свинцом и воздухом больше, что приводит к более интенсивной теплоотдаче.
• Участок 2. Этот горизонтальный участок соответствует процессу кристаллизации свинца, который происходит при постоянной температуре (температуре плавления). Температура плавления свинца — это физическая константа, поэтому высота этого участка одинакова на обоих графиках. Однако длительность этого процесса на графике б меньше, чем на графике а. Во время кристаллизации выделяется определённое количество теплоты ($Q = \lambda m$), которое одинаково в обоих случаях, так как массы свинца равны. В холодном помещении (график б) это тепло отводится в окружающую среду быстрее, поэтому процесс затвердевания занимает меньше времени.
• Участок 3. На этом участке остывает уже твёрдый свинец. Аналогично участку 1, наклон графика б круче, чем на графике а. Это связано с тем, что в холодном помещении тепло от твёрдого свинца отводится быстрее из-за большей разности температур.
• Участок 4. Этот участок показывает, что свинец остыл до температуры окружающей среды и находится в тепловом равновесии с ней. На графике а (тёплое помещение) эта температура выше, чем на графике б (холодное помещение).

Ответ:

• Участки 1 и 3: На графике б имеют более крутой наклон, так как в холодном помещении теплоотдача происходит быстрее.
• Участок 2: Находится на одной и той же температуре на обоих графиках (температура кристаллизации свинца), но на графике б он короче по времени, так как выделяемая при кристаллизации теплота отводится быстрее.
• Участок 4: На графике а соответствует более высокой температуре, чем на графике б, так как представляет температуру тёплого и холодного помещения соответственно.