Номер 6.44, страница 33 - гдз по физике 8 класс задачник Генденштейн, Кирик

Тепловые явления. 6. Плавление и кристаллизация - номер 6.44, страница 33.

Условие.

6.44. Свинец расплавили в железной чашке и довели его температуру до $350~^\circ\text{C}$. Затем чашку вынули из печи и поставили на лабораторный стол. Спустя некоторое время температура свинца понизилась до $300~^\circ\text{C}$. Нарисуйте примерный график зависимости температуры свинца от времени.

Решение.

Дано:

Начальная температура свинца: $T_{1} = 350 \, \text{°C}$

Температура свинца спустя некоторое время: $T_{2} = 300 \, \text{°C}$

Вещество – свинец (Pb).

Найти:

Нарисовать примерный график зависимости температуры свинца от времени $T(t)$.

Решение:

Для построения графика необходимо проанализировать все этапы процесса остывания свинца. Для этого нам понадобится справочное значение температуры плавления (которая равна температуре кристаллизации) свинца.

Температура плавления (кристаллизации) свинца: $T_{пл} = 327,5 \, \text{°C}$. Для построения примерного графика будем считать $T_{пл} \approx 327 \, \text{°C}$.

Процесс остывания свинца от $350 \, \text{°C}$ до $300 \, \text{°C}$ можно разделить на три последовательных этапа:

1. Охлаждение жидкого свинца. Изначально свинец находится в жидком состоянии, так как его температура ($350 \, \text{°C}$) выше температуры плавления ($327 \, \text{°C}$). Когда чашку вынимают из печи, свинец начинает отдавать тепло в окружающую среду, и его температура падает. Этот процесс продолжается до тех пор, пока температура не достигнет точки кристаллизации. На графике этот этап представляет собой наклонный участок, идущий вниз от начальной температуры $350 \, \text{°C}$ до $327 \, \text{°C}$.

2. Кристаллизация (затвердевание) свинца. При достижении температуры $327 \, \text{°C}$ начинается фазовый переход – свинец переходит из жидкого состояния в твёрдое. В течение всего процесса кристаллизации температура вещества остаётся постоянной, так как вся отдаваемая энергия (теплота кристаллизации) идет на изменение агрегатного состояния, а не на изменение температуры. На графике этот этап изображается в виде горизонтального участка (плато) на уровне $T = 327 \, \text{°C}$.

3. Охлаждение твёрдого свинца. После того как весь свинец затвердеет, он, уже находясь в твёрдом состоянии, продолжает остывать. Его температура снова начинает понижаться. Согласно условию, мы наблюдаем этот процесс до температуры $300 \, \text{°C}$. На графике этот этап представляет собой второй наклонный участок, идущий вниз от температуры $327 \, \text{°C}$.

Ниже представлен примерный вид графика зависимости температуры свинца от времени.

Ответ:

График зависимости температуры свинца от времени является ломаной линией, состоящей из трёх участков: 1) наклонный участок, соответствующий охлаждению жидкого свинца от $350 \, \text{°C}$ до температуры кристаллизации $327 \, \text{°C}$; 2) горизонтальный участок (плато) при температуре $327 \, \text{°C}$, соответствующий процессу кристаллизации; 3) второй наклонный участок, соответствующий охлаждению твёрдого свинца от $327 \, \text{°C}$ до $300 \, \text{°C}$ и далее.