Номер 29, страница 68, часть 1 - гдз по физике 8 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 1. Глава II. Тепловые явления. Параграф 7. Плавление и кристаллизация - номер 29, страница 68.

Условие.

29. Исследуйте в домашних условиях: остаётся ли температура воды со льдом постоянной до тех пор, пока весь лёд не растает? Опишите ваш опыт и проиллюстрируйте его фотографиями.

Решение.

Для исследования данного вопроса в домашних условиях был проведен следующий эксперимент.

Цель исследования:

Проверить экспериментально, остается ли температура смеси воды и льда постоянной до тех пор, пока весь лед не растает.

Оборудование и материалы:

1. Прозрачный стакан или банка.
2. Вода комнатной температуры.
3. Кубики льда из морозильной камеры.
4. Термометр (жидкостный или электронный) с ценой деления не более 1 °C.
5. Часы или секундомер.
6. Фотоаппарат или смартфон для документирования опыта.

Описание опыта и его результаты:

1. В стакан была налита вода комнатной температуры. Начальная температура воды составила около 20 °C. (На этом этапе можно сделать первое фото: стакан с водой и термометр, показывающий начальную температуру).
2. В стакан с водой было добавлено несколько кубиков льда. Сразу после этого термометр был помещен в смесь воды и льда.
3. Температура смеси начала быстро понижаться. Через несколько минут она достигла 0 °C.
4. Далее, на протяжении всего времени, пока в стакане оставался лед (даже самый маленький кусочек), температура смеси оставалась постоянной и равной 0 °C. Измерения проводились каждые две минуты. (На этом этапе делаются основные фотографии, иллюстрирующие наличие льда в воде при постоянной температуре 0 °C).
5. Как только последний кусочек льда растаял, температура воды начала медленно повышаться, стремясь к комнатной температуре. Это произошло из-за продолжающегося теплообмена с окружающей средой. (Заключительные фото: стакан с водой без льда и термометр, показывающий постепенное повышение температуры).

Вывод:

Эксперимент наглядно демонстрирует, что температура смеси воды и льда остается постоянной (равной температуре плавления льда, т.е. 0 °C при нормальном атмосферном давлении) на протяжении всего процесса таяния. Это объясняется тем, что вся тепловая энергия, поступающая из окружающей среды, расходуется не на нагревание воды, а на фазовый переход – превращение льда (твердое состояние) в воду (жидкое состояние). Этот процесс требует затрат энергии, известной как удельная теплота плавления. Количество теплоты $\text{Q}$, необходимое для плавления льда массой $\text{m}$, описывается формулой: $Q = \lambda \cdot m$ где $\lambda$ – удельная теплота плавления льда. Только после того, как весь лед растает, поступающая теплота начинает идти на нагрев воды, и ее температура повышается.

Ответ: Да, температура воды со льдом остается постоянной и равной 0 °C, пока не растает весь лед. Это происходит потому, что вся подводимая извне энергия расходуется на процесс плавления (фазовый переход), а не на увеличение кинетической энергии молекул воды, которое привело бы к росту температуры.