Номер 2, страница 108, часть 1 - гдз по физике 8 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 1. Глава 2. Изменения агрегатного состояния вещества. Параграф 26. Лабораторные и исследовательские работы. Темы исследовательских и проектных работ - номер 2, страница 108.

Условие.

• Как расплавить металл. Плавильные печи.

Решение.

Как расплавить металл

Плавление металла — это физический процесс перехода вещества из твёрдого кристаллического состояния в жидкое. Этот переход происходит при достижении определённой температуры, называемой температурой плавления, и требует подвода энергии.

Процесс плавления состоит из двух основных этапов:

1. Нагрев металла от начальной температуры до температуры плавления. Количество теплоты ($Q_1$), необходимое для этого, рассчитывается по формуле: $Q_1 = c \cdot m \cdot (t_{пл} - t_1)$, где $\text{m}$ – масса металла, $\text{c}$ – его удельная теплоёмкость, $t_{пл}$ – температура плавления, $t_1$ – начальная температура.
2. Непосредственно плавление металла при постоянной температуре плавления. На этом этапе вся подводимая энергия идёт на разрушение кристаллической решётки. Количество теплоты ($Q_2$), необходимое для этого, называется теплотой плавления и рассчитывается по формуле: $Q_2 = \lambda \cdot m$, где $\lambda$ – удельная теплота плавления.

Таким образом, общее количество теплоты, необходимое для расплавления металла, равно: $Q = Q_1 + Q_2 = m \cdot (c \cdot (t_{пл} - t_1) + \lambda)$.

На практике для расплавления металла его помещают в специальную ёмкость (тигель) или непосредственно в плавильную печь, изготовленную из огнеупорных материалов. Затем к металлу подводят тепло от источника энергии (сжигание топлива, электрическая дуга, индукционный нагрев и т.д.) до тех пор, пока он полностью не перейдёт в жидкое состояние. Чтобы защитить расплавленный металл от окисления кислородом воздуха, часто используют специальные вещества — флюсы, которые образуют на поверхности расплава защитный слой шлака, либо процесс ведут в вакууме или в среде инертных газов.

Ответ: Чтобы расплавить металл, его необходимо нагреть до температуры плавления и сообщить ему дополнительное количество энергии — теплоту плавления, которая пойдёт на разрушение его кристаллической структуры. Этот процесс осуществляется в специальных плавильных печах с использованием различных источников тепла и, при необходимости, с применением защитных флюсов или атмосфер.

Плавильные печи

Плавильная печь — это промышленная установка, предназначенная для плавления металлов и сплавов. Существует множество конструкций печей, которые классифицируют в основном по источнику тепла и принципу действия.

Основные типы плавильных печей:

• Пламенные печи. В этих печах тепло генерируется за счёт сжигания твёрдого, жидкого или газообразного топлива. Продукты сгорания напрямую контактируют с металлом, нагревая его. К этому типу относятся доменные печи (для выплавки чугуна из руды), мартеновские печи (исторически использовались для производства стали) и различные отражательные печи.
• Электрические печи. В них для нагрева используется электрическая энергия. Они обеспечивают более точный контроль температуры и позволяют получать более чистые сплавы. Основные виды электрических печей:
  • Дуговые печи (ДСП). Нагрев и плавление металла происходят за счёт тепла мощной электрической дуги, горящей между графитовыми электродами и металлом. Это основной способ переработки стального лома в современности.
  • Индукционные печи. Металл, находящийся в тигле, плавится под действием вихревых токов (токов Фуко), которые наводятся в нём переменным магнитным полем, создаваемым индуктором (катушкой с током). Отличаются высокой скоростью плавки и хорошим перемешиванием расплава.
  • Печи сопротивления. Нагрев осуществляется за счёт тепла, выделяемого в специальных нагревательных элементах с высоким электрическим сопротивлением при прохождении через них тока.
  • Электронно-лучевые и плазменные печи. Это специализированные печи для плавления тугоплавких и химически активных металлов (например, титана, вольфрама) в вакууме. Нагрев производится сфокусированным пучком электронов или струёй высокотемпературной плазмы.
• Тигельные печи. Это печи, в которых металл плавится в специальной огнеупорной ёмкости — тигле. Нагрев тигля может быть как внешним (пламенем или в муфельной печи), так и внутренним (например, в индукционных тигельных печах). Используются для плавки цветных металлов и небольших объёмов стали.

Ответ: Плавильные печи — это установки для плавления металлов, классифицируемые по источнику тепла. Основные типы включают пламенные (доменные, мартеновские), электрические (дуговые, индукционные, печи сопротивления) и тигельные печи. Выбор типа печи зависит от вида металла, требуемого объёма производства и необходимого качества конечного продукта.