Номер 6.47, страница 33 - гдз по физике 8 класс задачник Генденштейн, Кирик

Тепловые явления. 6. Плавление и кристаллизация - номер 6.47, страница 33.

Условие.

6.47. Чтобы предохранить овощи от замерзания, в погребе, где они хранятся, ставят большой таз с водой. Какова роль воды в этом случае?

Решение.

Решение

Роль воды в данном случае заключается в том, что она выступает в качестве эффективного теплового аккумулятора и стабилизатора температуры в погребе. Это обусловлено двумя ключевыми физическими свойствами воды: очень высокой удельной теплоемкостью и большой удельной теплотой кристаллизации.

1. Высокая удельная теплоемкость. Вода имеет одну из самых высоких удельных теплоемкостей среди всех известных веществ ($c \approx 4200 \, \frac{Дж}{кг \cdot °C}$). Это означает, что для изменения ее температуры на 1 °C необходимо сообщить или отнять значительное количество теплоты. Когда температура воздуха в погребе начинает опускаться, вода в тазу остывает медленнее, чем воздух и овощи, и при этом отдает в окружающее пространство большое количество теплоты. Этот процесс замедляет общее охлаждение погреба, сглаживая резкие перепады температуры.

2. Выделение теплоты при замерзании (кристаллизации). Наиболее существенный вклад в поддержание температуры вносит процесс замерзания воды. Когда температура в погребе достигает 0 °C, вода в тазу начинает превращаться в лед. Этот фазовый переход происходит при постоянной температуре (0 °C) и сопровождается выделением огромного количества энергии, называемой удельной теплотой кристаллизации. Для воды ее значение составляет $\lambda \approx 3,3 \cdot 10^5 \, \frac{Дж}{кг}$. Это означает, что каждый килограмм воды, превращаясь в лед, выделяет 330 000 Джоулей теплоты. Эта выделяющаяся энергия непрерывно подогревает воздух в погребе, не давая температуре опуститься ниже 0 °C до тех пор, пока вся вода в тазу не замерзнет. Поскольку овощи замерзают при температуре чуть ниже нуля (из-за растворенных в клеточном соке веществ), поддержание температуры на уровне 0 °C эффективно предохраняет их от порчи.

Таким образом, большой таз с водой работает как пассивный обогреватель, который включается автоматически при понижении температуры до 0 °C и поддерживает ее на этом безопасном для овощей уровне в течение длительного времени.

Ответ:

Вода играет роль терморегулятора в погребе. Благодаря высокой удельной теплоемкости она замедляет процесс понижения температуры. Главная же ее роль заключается в том, что при замерзании (при 0 °C) вода выделяет большое количество теплоты (удельную теплоту кристаллизации), что позволяет в течение длительного времени поддерживать температуру в погребе на уровне около 0 °C и не дает овощам замерзнуть.