Номер 42.21, страница 161 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

§ 42. Испарение и конденсация. Кипение. Глава 6. Тепловые явления - номер 42.21, страница 161.

42.21 [1112] На рисунке VI-23 представлены графики нагревания и кипения жидкостей одинаковой массы: воды, спирта и эфира. Определите, какой график построен для воды, какой — для спирта и какой — для эфира.

$t, \degree C$

0

Время $t$

1

2

3

Рис. VI-23

Решение

На представленных графиках изображен процесс нагревания и последующего кипения трех различных жидкостей одинаковой массы. Каждый график имеет два характерных участка:

1. Наклонный участок, который соответствует процессу нагревания жидкости. Угол наклона этого участка обратно пропорционален удельной теплоемкости вещества: чем больше теплоемкость, тем медленнее нагревается жидкость и тем более пологим является график.

2. Горизонтальный участок (плато), который соответствует процессу кипения. Кипение происходит при постоянной температуре, называемой температурой кипения. Высота этого плато на оси температур соответствует температуре кипения жидкости.

Для определения соответствия графиков жидкостям необходимо сравнить их физические свойства, в первую очередь — температуры кипения при нормальном атмосферном давлении.

Справочные данные по температурам кипения:

• Вода: $t_{кип} = 100 \text{ °C}$
• Спирт (этиловый): $t_{кип} \approx 78 \text{ °C}$
• Эфир (диэтиловый): $t_{кип} \approx 35 \text{ °C}$

Сравнивая эти значения, видим, что $t_{кип, \text{эфира}} < t_{кип, \text{спирта}} < t_{кип, \text{воды}}$.

Теперь сопоставим это с графиками на рисунке:

• График 3 имеет самое высокое плато, что соответствует самой высокой температуре кипения. Следовательно, этот график построен для воды.
• График 2 имеет плато на средней высоте, что соответствует температуре кипения спирта.
• График 1 имеет самое низкое плато, что соответствует самой низкой температуре кипения. Этот график построен для эфира.

Этот вывод можно дополнительно проверить, сравнив удельные теплоемкости ($c$) веществ. Количество теплоты, необходимое для нагревания, определяется формулой $Q = c \cdot m \cdot \Delta t$. Так как мощность нагревателя и масса жидкостей одинаковы, то скорость нагревания (наклон графика) будет обратно пропорциональна удельной теплоемкости. У воды самая большая удельная теплоемкость ($c_{воды} \approx 4200 \frac{\text{Дж}}{\text{кг} \cdot \text{°C}}$), поэтому она нагревается медленнее всего, и ее график (3) имеет наименьший наклон. Удельные теплоемкости спирта ($c_{спирта} \approx 2400 \frac{\text{Дж}}{\text{кг} \cdot \text{°C}}$) и эфира ($c_{эфира} \approx 2350 \frac{\text{Дж}}{\text{кг} \cdot \text{°C}}$) меньше и близки по значению, поэтому их графики (2 и 1) более крутые, что полностью соответствует рисунку.

Ответ: график 1 соответствует эфиру, график 2 — спирту, график 3 — воде.