Номер 6.53, страница 34 - гдз по физике 8 класс задачник Генденштейн, Кирик

Тепловые явления. 6. Плавление и кристаллизация - номер 6.53, страница 34.

Условие.

6.53. Объясните, используя закон сохранения энергии, почему удельная теплота плавления вещества равна удельной теплоте его кристаллизации.

Решение.

Решение

Плавление и кристаллизация — это два взаимно обратных процесса фазового перехода. Плавление представляет собой переход вещества из твёрдого кристаллического состояния в жидкое, а кристаллизация — обратный переход из жидкого состояния в твёрдое.

Закон сохранения энергии гласит, что энергия в замкнутой системе не возникает из ниоткуда и не исчезает в никуда, а лишь переходит из одной формы в другую. Рассмотрим этот закон применительно к данным фазовым переходам.

1. При плавлении вещество поглощает энергию извне. Эта энергия, называемая теплотой плавления $Q_{пл}$, расходуется не на увеличение кинетической энергии молекул (поэтому температура не растёт), а на разрушение связей в кристаллической решётке и увеличение потенциальной энергии взаимодействия молекул. Количество теплоты, необходимое для плавления тела массой $\text{m}$, равно: $Q_{пл} = \lambda \cdot m$, где $\lambda$ — это удельная теплота плавления, то есть количество теплоты, необходимое для плавления 1 кг вещества при температуре плавления.

2. При кристаллизации происходит обратный процесс. Молекулы жидкости, теряя энергию, замедляют своё движение и выстраиваются в упорядоченную структуру — кристаллическую решётку. При образовании связей между молекулами выделяется энергия, равная той, что была затрачена на их разрыв. Эта энергия выделяется в окружающую среду в виде теплоты кристаллизации $Q_{крист}$. Количество теплоты, выделяемое при кристаллизации жидкости массой $\text{m}$, равно: $Q_{крист} = \lambda' \cdot m$, где $\lambda'$ — это удельная теплота кристаллизации.

Согласно закону сохранения энергии, если мы расплавим некоторое количество вещества, а затем дадим ему полностью закристаллизоваться, система вернётся в своё исходное энергетическое состояние. Это означает, что количество энергии, поглощённое веществом при плавлении, должно быть в точности равно количеству энергии, выделенному им при кристаллизации. Если бы эти величины не были равны, то можно было бы создать вечный двигатель, который бы производил или поглощал энергию в циклическом процессе, что невозможно.

Таким образом, для вещества одинаковой массы $\text{m}$ должно выполняться равенство:

$Q_{пл} = Q_{крист}$

Подставим формулы:

$\lambda \cdot m = \lambda' \cdot m$

Сократив массу $\text{m}$ в обеих частях уравнения, получаем:

$\lambda = \lambda'$

Это доказывает, что удельная теплота плавления вещества равна его удельной теплоте кристаллизации.

Ответ: Согласно закону сохранения энергии, количество энергии, которое необходимо затратить для разрушения кристаллической решётки при плавлении определённой массы вещества, в точности равно количеству энергии, которое выделяется при восстановлении этой решётки в процессе кристаллизации той же массы вещества. Поэтому удельная теплота плавления равна удельной теплоте кристаллизации.