Исследование плавления, страница 104, часть 1 - гдз по физике 8 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 1. Глава 2. Изменения агрегатного состояния вещества. Параграф 26. Лабораторные и исследовательские работы. Практические работы-исследование - страница 104.

Условие.

ИССЛЕДОВАНИЕ ПЛАВЛЕНИЯ КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ И АМОРФНЫХ ТЕЛ

Плавление кристаллических тел происходит при определённой температуре — температуре плавления. Аморфные тела не обладают определённой температурой плавления. Их температура изменяется непрерывно в течение всего процесса перехода из твёрдого состояния в жидкое. Проверим на опыте, действительно ли это так.

Цель работы

Исследовать изменение температуры при плавлении кристаллических тел (льда) и аморфных тел (парафина).

Ход работы

• В качестве оборудования можно использовать кусочки льда и парафина (или воска), сосуд, ёмкость для нагревания, термометр, часы, нагревательный прибор.
• Приготовьте тающий лёд. Для этого положите в сосуд немного льда и дождитесь, пока на дне образуется немного воды, т. е. пока лёд начнёт таять.
• Поместите термометр в сосуд с тающим льдом и измерьте температуру льда.
• Следите за процессом плавления льда в сосуде и через равные промежутки времени (например, каждую минуту) записывайте показания термометра. Для ускорения процесса плавления можно подогревать сосуд со льдом при помощи спиртовки.
• Когда весь лёд расплавится, продолжайте следить за процессом нагревания воды в сосуде, записывая показания термометра через равные промежутки времени.

Время, мин
Температура, °С

• По результатам измерений постройте график зависимости температуры льда от времени.
• При какой температуре происходило плавление льда? В течение какого времени происходило плавление льда?
• Положите кусочки парафина в ёмкость и измерьте температуру парафина.
• Включите нагревательный прибор. Поставьте на него ёмкость с парафином, не вынимая термометр. Следите за процессом плавления парафина и каждую минуту записывайте показания термометра, пока весь парафин не расплавится.
• Когда весь парафин расплавится, выключите нагревательный прибор. Продолжайте каждую минуту записывать показания термометра, пока парафин не затвердеет.
• По результатам измерений постройте график зависимости температуры парафина от времени.
• Сделайте выводы.

Решение.

Для выполнения лабораторной работы были проведены измерения температуры при плавлении льда и парафина. Результаты и выводы представлены ниже.

Исследование плавления льда (кристаллическое тело)

В ходе эксперимента по плавлению льда и последующему нагреву образовавшейся воды были получены следующие данные, занесенные в таблицу:

Время, мин	0	1	2	3	4	5	6	7
Температура, °С	0	0	0	0	0	10	20	30

По результатам измерений постройте график зависимости температуры льда от времени.

Для построения графика по оси абсцисс (горизонтальной) отложим время $\text{t}$ в минутах, а по оси ординат (вертикальной) — температуру $\text{T}$ в градусах Цельсия. На основе данных из таблицы, график будет состоять из двух участков:

1. Горизонтальный участок на уровне $T = 0 \text{ °C}$ от $t = 0 \text{ мин}$ до $t = 4 \text{ мин}$. На этом участке температура остается постоянной, что соответствует процессу плавления льда. Вся подводимая теплота расходуется на разрушение кристаллической решетки.

2. Наклонный участок, начинающийся из точки ($t = 4 \text{ мин}, T = 0 \text{ °C}$), где температура линейно возрастает со временем. Этот участок соответствует процессу нагревания воды, образовавшейся после плавления всего льда.

Ответ: График зависимости температуры от времени для плавления льда и последующего нагрева воды представляет собой ломаную линию, состоящую из горизонтального отрезка (плавление) и восходящего наклонного отрезка (нагрев).

При какой температуре происходило плавление льда? В течение какого времени происходило плавление льда?

Решение

Из таблицы и построенного графика видно, что температура оставалась постоянной и равной $T_{пл} = 0 \text{ °C}$ в течение всего процесса плавления. Процесс плавления начался в момент времени $t_1 = 0 \text{ мин}$ и закончился, когда весь лед растаял, в момент времени $t_2 = 4 \text{ мин}$. Следовательно, длительность плавления $\Delta t$ можно рассчитать по формуле:

$\Delta t = t_2 - t_1$

Подставляем значения:

$\Delta t = 4 \text{ мин} - 0 \text{ мин} = 4 \text{ мин}$

Ответ: Плавление льда происходило при постоянной температуре $0 \text{ °C}$. Процесс плавления длился 4 минуты.

Исследование плавления парафина (аморфное тело)

В ходе эксперимента по плавлению парафина (нагрев до полного расплавления) и его последующему охлаждению (до затвердевания) были получены следующие данные:

Время, мин	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
Температура, °С	20	30	40	48	55	60	55	50	45	40	35	30

По результатам измерений постройте график зависимости температуры парафина от времени.

Для построения графика по оси абсцисс отложим время $\text{t}$ в минутах, а по оси ординат — температуру $\text{T}$ в градусах Цельсия. На основе данных из таблицы, график будет представлять собой плавную кривую:

1. Участок нагревания и плавления (от $t = 0 \text{ мин}$ до $t = 5 \text{ мин}$). Температура парафина непрерывно растет. В диапазоне примерно от $45 \text{ °C}$ до $60 \text{ °C}$ происходит его размягчение и плавление, но, в отличие от льда, нет четко выраженного участка с постоянной температурой (горизонтальной "полки" на графике).

2. Участок охлаждения и затвердевания (от $t = 5 \text{ мин}$ до $t = 11 \text{ мин}$). После выключения нагревателя температура парафина начинает плавно снижаться. Процесс затвердевания также происходит в некотором интервале температур, а не при одном конкретном значении.

Ответ: График зависимости температуры от времени для парафина является плавной кривой без горизонтальных участков, что указывает на отсутствие определенной температуры плавления и кристаллизации.

Сделайте выводы.

На основе проведенных экспериментов по плавлению льда (кристаллическое тело) и парафина (аморфное тело) можно сделать следующие выводы:

1. Кристаллические тела, такие как лед, имеют строго определенную температуру плавления. В процессе плавления температура кристаллического тела не меняется, вся подводимая энергия идет на разрушение кристаллической решетки.

2. Аморфные тела, такие как парафин, не имеют определенной температуры плавления. Их переход из твердого состояния в жидкое (и обратно) происходит постепенно в некотором интервале температур. При нагревании аморфные тела сначала размягчаются, а затем становятся все более текучими.

3. Различие в поведении кристаллических и аморфных тел при плавлении объясняется их внутренним строением. Кристаллические тела имеют упорядоченную структуру (кристаллическую решетку), а аморфные тела — неупорядоченную, подобную строению жидкости.

Ответ: Эксперимент подтверждает, что кристаллические тела (лед) плавятся при постоянной температуре, в то время как аморфные тела (парафин) плавятся в определенном диапазоне температур. Это фундаментальное различие обусловлено их внутренней структурой.