Номер 1, страница 61, часть 1 - гдз по физике 8 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 1. Глава II. Тепловые явления. Параграф 7. Плавление и кристаллизация - номер 1, страница 61.

Условие.

1. Прочитайте следующий текст и выполните задания к нему.

Вы уже знаете, что при температуре $0°C$ лёд тает: вода переходит из твёрдого состояния в жидкое. Опыты показывают, что любое кристаллическое тело (в частности, любой металл) превращается в жидкость при нагревании до определённой температуры.

Переход вещества из кристаллического состояния в жидкое называют плавлением.

Температуру, при которой происходит плавление данного вещества, называют температурой плавления этого вещества.

Значения температуры плавления для некоторых веществ приведены в справочных данных. Обратите внимание на то, что среди этих температур есть и отрицательные (по шкале Цельсия)!

Если нагревать сосуд со льдом, измеряя при этом зависимость температуры $\text{t}$ содержимого сосуда от переданного ему количества теплоты $\text{Q}$, мы получим график, приведённый на рисунке 7.1.

Рис. 7.1

Как видно из графика, температура воды со льдом остаётся постоянной, пока весь лёд не растает.

Это постоянство температуры может показаться удивительным: ведь, сообщая воде со льдом некоторое количество теплоты, мы увеличиваем их суммарную внутреннюю энергию!

Чтобы понять это, вспомним, что внутренняя энергия — это сумма кинетической энергии хаотического движения частиц и потенциальной энергии их взаимодействия. А температура тела определяется средней кинетической энергией хаотического движения частиц.

До тех пор, пока весь лёд не растает, увеличение внутренней энергии льда и воды в процессе теплопередачи проявляется в увеличении только потенциальной энергии взаимодействия молекул при переходе воды из твёрдого состояния в жидкое. Но средняя кинетическая энергия хаотического движения молекул остаётся при этом постоянной — это объясняет, почему температура льда и воды не изменяется, пока весь лёд не растает.

Аморфные тела (например, стекло и смола), в отличие от кристаллических, не имеют определённой температуры плавления: при нагревании они размягчаются постепенно.

a) Известен ли вам металл, температура плавления которого — отрицательная?

б) Что обозначают на графике точки $\text{M}$ и $\text{N}$?

в) Перенесите график в тетрадь, начертив разными цветами участки графика, которым соответствуют: только лёд; вода со льдом; только вода.

г) Как объяснить, что в процессе таяния льда внутренняя энергия смеси льда с водой увеличивается, однако температура смеси остаётся постоянной?

Решение.

а) Да, такой металл известен. Это ртуть. Её температура плавления составляет примерно $-39$ °C.

Ответ: ртуть.

б) Точка M на графике соответствует моменту, когда лёд, нагретый до температуры плавления ($\text{0}$ °C), начинает плавиться. В этот момент в сосуде находится только твёрдое вещество (лёд) при температуре плавления. Точка N соответствует моменту, когда весь лёд в сосуде растаял, и в нём осталась только вода при температуре $\text{0}$ °C. В этот момент плавление завершается.

Ответ: точка M — начало плавления льда; точка N — конец плавления льда.

в) Участки графика соответствуют следующим состояниям вещества:

• Участок до точки M (наклонная линия, идущая из отрицательных температур к $\text{0}$ °C) — в сосуде находится только лёд, который нагревается.

• Участок между точками M и N (горизонтальная линия при $\text{0}$ °C) — в сосуде находится смесь воды со льдом; происходит процесс плавления.

• Участок после точки N (наклонная линия, идущая вверх от $\text{0}$ °C) — в сосуде находится только вода, которая нагревается.

Ответ: участок до точки M — только лёд; участок MN — вода со льдом; участок после точки N — только вода.

г) Внутренняя энергия тела складывается из кинетической энергии хаотического движения его частиц (молекул) и потенциальной энергии их взаимодействия. Температура является мерой средней кинетической энергии частиц. В процессе таяния льда (участок MN на графике) вся подводимая извне энергия (теплота) расходуется на разрушение связей в кристаллической решётке льда, а не на увеличение скорости движения молекул. В результате этого увеличивается потенциальная энергия взаимодействия молекул, но их средняя кинетическая энергия остаётся неизменной. Так как температура зависит именно от средней кинетической энергии, она остаётся постоянной до тех пор, пока весь лёд не превратится в воду.

Ответ: подводимая теплота идёт на увеличение потенциальной энергии взаимодействия молекул (разрушение кристаллической решётки), а не на увеличение их средней кинетической энергии, мерой которой является температура.