Номер 9.14, страница 50 - гдз по физике 8 класс задачник Генденштейн, Кирик

Тепловые явления. 9. Домашние экспериментальные задания - номер 9.14, страница 50.

Условие.

9.14. Налейте в термос воду при температуре $0 \text{ \textdegree C}$ и опустите в нее кусок льда. Через некоторое время проверьте, растаял ли лед. Объясните полученный результат.

Решение.

Решение

При проведении описанного эксперимента мы обнаружим, что лед, помещенный в воду с температурой $0 \text{ °C}$ внутри термоса, не будет таять или будет таять чрезвычайно медленно.

Это явление объясняется законами термодинамики:

1. Таяние (плавление) льда — это фазовый переход из твердого состояния в жидкое. Для того чтобы этот процесс произошел, лед, уже находящийся при температуре плавления ($0 \text{ °C}$), должен поглотить определенное количество энергии. Эта энергия называется теплотой плавления и рассчитывается по формуле: $Q = \lambda \cdot m$, где $\lambda$ — удельная теплота плавления льда, а $\text{m}$ — масса льда.

2. Источником этой энергии (теплоты) может быть только тело с более высокой температурой. В условии задачи указано, что и вода, и лед находятся при одной и той же температуре — $0 \text{ °C}$. Поскольку нет разности температур между водой и льдом, теплообмен между ними не происходит. Вода не может отдать тепло льду, так как она не горячее его. Система находится в состоянии теплового равновесия.

3. Термос — это сосуд с хорошей теплоизоляцией, который минимизирует теплообмен с окружающей средой. В идеальном случае (если бы термос был идеальным изолятором) приток тепла извне был бы равен нулю. В такой изолированной системе, находящейся в тепловом равновесии, состояние не менялось бы, и лед не таял бы вовсе.

4. В реальности ни один термос не является идеальным изолятором. Окружающая среда (комната) обычно имеет температуру выше $0 \text{ °C}$. Поэтому небольшое количество тепла будет очень медленно проникать сквозь стенки термоса внутрь. Эта поступающая извне теплота будет поглощаться льдом, вызывая его очень медленное таяние. Однако за короткий промежуток времени это изменение будет практически незаметным.

Ответ: Лед не растает, так как для плавления ему необходимо получить энергию (теплоту плавления), а в системе нет источника тепла: вода имеет ту же температуру, что и лед ($0 \text{ °C}$), и теплообмен между ними невозможен. Теплообмен с окружающей средой сведен к минимуму благодаря термосу. В реальных условиях лед будет таять очень медленно из-за несовершенства теплоизоляции термоса и притока тепла извне.