Номер 20, страница 66, часть 1 - гдз по физике 8 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 1. Глава II. Тепловые явления. Параграф 7. Плавление и кристаллизация - номер 20, страница 66.

Условие.

20. На рисунке 7.4 изображён график зависимости температуры $\text{t}$ некоторого вещества, первоначально находившегося в твёрдом состоянии, от переданного ему количества теплоты $\text{Q}$. Скорость передачи количества теплоты в течение всего процесса одинакова.

Рис. 7.4

а) Каким процессам соответствуют участки графика $AB$, $BC$ и $CD$?

б) Чему равна начальная температура вещества?

в) При какой температуре данное вещество плавится?

г) Какое это может быть вещество?

д) Почему участки $AB$ и $CD$ имеют разный наклон?

Решение.

а) Каким процессам соответствуют участки графика AB, BC и CD?

Решение:
Участок AB: на этом участке с подведением количества теплоты $\text{Q}$ температура вещества $\text{t}$ растет. Это процесс нагревания вещества. По условию, вещество изначально находилось в твердом состоянии, следовательно, участок AB соответствует нагреванию твердого вещества.
Участок BC: на этом участке к веществу подводится теплота, но его температура не изменяется. Процессы, происходящие при постоянной температуре, являются фазовыми переходами. Поскольку вещество нагревалось из твердого состояния, данный процесс является плавлением.
Участок CD: после того как все вещество расплавилось, его температура снова начинает расти с подведением теплоты. Это процесс нагревания вещества в жидком состоянии.

Ответ: Участок AB — нагревание вещества в твердом состоянии, участок BC — плавление вещества, участок CD — нагревание вещества в жидком состоянии.

б) Чему равна начальная температура вещества?

Решение:
Начальная температура — это температура вещества в начале процесса, что на графике соответствует точке A. Ордината (значение по оси $\text{t}$) точки A равна 400 °C.

Ответ: Начальная температура вещества равна 400 °C.

в) При какой температуре данное вещество плавится?

Решение:
Плавление — это процесс перехода вещества из твердого состояния в жидкое, который происходит при постоянной температуре, называемой температурой плавления. На графике этому процессу соответствует горизонтальный участок BC. Температура, соответствующая этому участку, является температурой плавления.
Для определения значения по графику найдем цену деления оси температур. Между отметками 600 °C и 800 °C находится 5 делений. Цена одного деления: $(800 \text{ °C} - 600 \text{ °C}) / 5 = 40 \text{ °C}$.
Участок BC расположен на 1,5 деления выше отметки 600 °C. Следовательно, температура плавления $t_{пл}$ равна:
$t_{пл} = 600 \text{ °C} + 1,5 \cdot 40 \text{ °C} = 600 \text{ °C} + 60 \text{ °C} = 660 \text{ °C}$.

Ответ: Данное вещество плавится при температуре 660 °C.

г) Какое это может быть вещество?

Решение:
Зная температуру плавления вещества (660 °C), можно предположить, что это за вещество, сравнив ее с табличными значениями температур плавления различных веществ. Температура плавления алюминия составляет 660,32 °C, что очень близко к значению, определенному по графику.

Ответ: Это может быть алюминий.

д) Почему участки AB и CD имеют разный наклон?

Решение:
Наклон графика на участках нагревания AB и CD показывает, на сколько градусов изменяется температура тела при сообщении ему определенного количества теплоты. Количество теплоты $\text{Q}$, необходимое для нагревания тела, связано с изменением его температуры $\Delta t$ формулой $Q = c \cdot m \cdot \Delta t$, где $\text{c}$ — удельная теплоемкость, $\text{m}$ — масса тела.
Наклон графика можно выразить как $k = \frac{\Delta t}{\Delta Q}$. Из формулы для количества теплоты следует, что $\frac{\Delta t}{\Delta Q} = \frac{1}{c \cdot m}$. Таким образом, наклон графика обратно пропорционален удельной теплоемкости вещества.
Участок AB соответствует нагреванию твердого вещества, а участок CD — нагреванию жидкого вещества. Удельная теплоемкость одного и того же вещества в твердом и жидком агрегатных состояниях, как правило, различна. Разный наклон участков AB и CD объясняется тем, что удельная теплоемкость вещества в твердом состоянии ($c_{тв}$) не равна его удельной теплоемкости в жидком состоянии ($c_{жид}$).

Ответ: Участки AB и CD имеют разный наклон, потому что удельная теплоемкость вещества в твердом (участок AB) и жидком (участок CD) состояниях различна.