Номер 21, страница 67, часть 1 - гдз по физике 8 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 1. Глава II. Тепловые явления. Параграф 7. Плавление и кристаллизация - номер 21, страница 67.

Условие.

21. Объясните, почему растут сосульки, если температура таяния льда и кристаллизации воды одинакова.

Решение.

Рост сосулек является результатом одновременного протекания двух противоположных процессов — таяния и кристаллизации, которые происходят в разных местах и при разных условиях теплообмена, несмотря на то, что сама температура фазового перехода одинакова ($0^\circ C$ при нормальном давлении).

Процесс можно разбить на два этапа:

1. Таяние льда (снега). Этот процесс происходит на поверхности крыши. В солнечный день, даже если температура воздуха отрицательная, крыша поглощает солнечное излучение и нагревается. Также тепло может поступать из отапливаемого помещения под крышей. В результате этого нагрева температура снега или льда на крыше поднимается до $0^\circ C$ и он начинает таять, превращаясь в воду. Для таяния лед должен получать энергию извне (теплоту плавления).

2. Кристаллизация воды. Талая вода, имеющая температуру около $0^\circ C$, стекает к краю крыши и начинает капать. Эти капли попадают в окружающую среду, где температура воздуха ниже $0^\circ C$. Находясь в контакте с холодным воздухом, капля воды отдает ему свою энергию (теплоту кристаллизации) и замерзает, превращаясь в лед. Каждая следующая капля стекает по уже образовавшейся ледяной основе, частично замерзает, тем самым наращивая сосульку в длину и толщину.

Таким образом, парадокс разрешается тем, что таяние происходит там, где есть приток тепла (на крыше), а кристаллизация — там, где происходит отвод тепла (на краю крыши, в потоке холодного воздуха). Именно наличие этих двух зон с разными тепловыми потоками и обеспечивает рост сосулек.

Ответ: Сосульки растут, потому что процессы таяния и кристаллизации пространственно разделены. Таяние снега происходит на нагретой (например, солнцем) поверхности крыши, где температура достигает $0^\circ C$ и есть приток тепла. Образовавшаяся вода стекает к краю крыши и замерзает, так как отдает тепло окружающему холодному воздуху, температура которого ниже $0^\circ C$.