Номер 6.7, страница 29 - гдз по физике 8 класс задачник Генденштейн, Кирик

Тепловые явления. 6. Плавление и кристаллизация - номер 6.7, страница 29.

Условие.

6.7. Можно ли расплавленным металлом заморозить воду?

Решение.

Решение

Да, это возможно при определенных условиях. На первый взгляд это кажется парадоксальным, так как расплавленный металл имеет очень высокую температуру и при контакте с водой должен ее нагревать. Однако ключевую роль в этом явлении играет процесс интенсивного парообразования.

Когда горячий расплавленный металл попадает в воду, происходит очень быстрый и бурный теплообмен. Вода, находящаяся в непосредственном контакте с металлом, мгновенно и взрывообразно закипает, превращаясь в пар. Процесс парообразования является фазовым переходом, который требует поглощения большого количества энергии, называемой удельной теплотой парообразования ($L_v$). Для воды это значение очень велико — около $2.3 \cdot 10^6$ Дж/кг.

Энергия для этого сверхбыстрого испарения отбирается из ближайшего окружения — от самого остывающего металла и, что самое важное, от оставшейся жидкой воды. Из-за чрезвычайно высокой скорости процесса отвод тепла от окружающих слоев воды оказывается настолько интенсивным, что их температура резко падает. Если условия подобраны правильно (например, небольшое количество воды), температура воды может опуститься до 0°C. При дальнейшем отводе тепла, равного удельной теплоте кристаллизации ($L_f$), оставшаяся вода замерзнет.

Таким образом, быстрое испарение части воды действует как чрезвычайно эффективный механизм охлаждения для другой ее части, что и приводит к ее замерзанию, несмотря на контакт с раскаленным объектом.

Ответ: Да, расплавленным металлом можно заморозить воду. Это происходит из-за того, что при контакте металла с водой начинается чрезвычайно интенсивное парообразование. На этот процесс расходуется большое количество энергии, которая отбирается у оставшейся жидкой воды, что приводит к ее резкому охлаждению и последующему замерзанию.