Номер 39, страница 269 - гдз по физике 8 класс учебник Громов, Родина

Задачи и упражнения - номер 39, страница 269.

Условие.

39. Начертите примерные графики зависимости температуры вещества от времени для следующих процессов:

a) вода (при $t_1 = 20 \text{ }^\circ\text{C}$) → лёд (при $t_2 = 0 \text{ }^\circ\text{C}$);

б) лёд (при $t_1 = 0 \text{ }^\circ\text{C}$) → лёд (при $t_2 = -10 \text{ }^\circ\text{C}$);

в) лёд (при $t_1 = 0 \text{ }^\circ\text{C}$) → вода (при $t_2 = 40 \text{ }^\circ\text{C}$);

г) вода (при $t_1 = 50 \text{ }^\circ\text{C}$) → лёд (при $t_2 = -15 \text{ }^\circ\text{C}$).

Решение.

Для построения графиков будем откладывать температуру $\text{T}$ (в $^{\circ}C$) по вертикальной оси (оси ординат), а время $\text{t}$ — по горизонтальной оси (оси абсцисс). Предполагаем, что теплообмен с окружающей средой происходит с постоянной мощностью, то есть тепло подводится или отводится равномерно.

а) вода (при $t_1 = 20 \, ^{\circ}C$) → лёд (при $t_2 = 0 \, ^{\circ}C$)

Этот процесс состоит из двух последовательных этапов. Сначала происходит охлаждение воды от начальной температуры $20 \, ^{\circ}C$ до температуры замерзания, которая для воды составляет $0 \, ^{\circ}C$. На этом этапе температура вещества линейно уменьшается со временем. Второй этап — это фазовый переход из жидкого состояния в твердое (кристаллизация). Во время кристаллизации температура вещества остается постоянной и равной $0 \, ^{\circ}C$ до тех пор, пока вся вода не превратится в лед.

Таким образом, график будет состоять из двух участков:

1. Наклонный отрезок прямой, идущий вниз от точки с температурой $20 \, ^{\circ}C$ до $0 \, ^{\circ}C$.

2. Горизонтальный отрезок прямой на уровне $T = 0 \, ^{\circ}C$, соответствующий процессу замерзания воды.

Ответ: График представляет собой ломаную линию, состоящую из наклонного отрезка, показывающего понижение температуры от $20 \, ^{\circ}C$ до $0 \, ^{\circ}C$, и следующего за ним горизонтального отрезка при температуре $0 \, ^{\circ}C$.

б) лёд (при $t_1 = 0 \, ^{\circ}C$) → лёд (при $t_2 = -10 \, ^{\circ}C$)

В этом процессе происходит только охлаждение льда от $0 \, ^{\circ}C$ до $-10 \, ^{\circ}C$. Фазовых переходов не наблюдается, так как вещество всё время находится в твердом состоянии. Температура льда будет линейно убывать со временем.

Ответ: График представляет собой один наклонный отрезок прямой, идущий вниз от начальной температуры $0 \, ^{\circ}C$ до конечной температуры $-10 \, ^{\circ}C$.

в) лёд (при $t_1 = 0 \, ^{\circ}C$) → вода (при $t_2 = 40 \, ^{\circ}C$)

Данный процесс также состоит из двух этапов. Первый этап — плавление льда. Это фазовый переход из твердого состояния в жидкое, который происходит при постоянной температуре плавления $0 \, ^{\circ}C$. Пока весь лед не растает, температура системы не меняется. Второй этап — нагревание образовавшейся воды от $0 \, ^{\circ}C$ до конечной температуры $40 \, ^{\circ}C$. На этом этапе температура воды линейно возрастает со временем.

График будет состоять из двух участков:

1. Горизонтальный отрезок прямой на уровне $T = 0 \, ^{\circ}C$, соответствующий процессу плавления льда.

2. Наклонный отрезок прямой, идущий вверх от $0 \, ^{\circ}C$ до $40 \, ^{\circ}C$.

Ответ: График представляет собой ломаную линию, состоящую из горизонтального отрезка при $0 \, ^{\circ}C$ (плавление) и последующего наклонного отрезка, показывающего рост температуры от $0 \, ^{\circ}C$ до $40 \, ^{\circ}C$ (нагревание воды).

г) вода (при $t_1 = 50 \, ^{\circ}C$) → лёд (при $t_2 = -15 \, ^{\circ}C$)

Этот процесс является наиболее сложным и включает три этапа:

1. Охлаждение воды от $50 \, ^{\circ}C$ до температуры кристаллизации $0 \, ^{\circ}C$. На графике это наклонный участок, идущий вниз.

2. Кристаллизация воды при постоянной температуре $0 \, ^{\circ}C$. На графике это горизонтальный участок.

3. Охлаждение образовавшегося льда от $0 \, ^{\circ}C$ до $-15 \, ^{\circ}C$. На графике это снова наклонный участок, идущий вниз.

Важно учесть, что удельная теплоемкость воды ($c_{воды} \approx 4200 \, \text{Дж/(кг}\cdot^{\circ}\text{C)}$) примерно в два раза больше удельной теплоемкости льда ($c_{льда} \approx 2100 \, \text{Дж/(кг}\cdot^{\circ}\text{C)}$). При одинаковой мощности отвода тепла это означает, что температура льда будет изменяться примерно в два раза быстрее, чем температура воды. Следовательно, наклон графика на участке охлаждения льда будет круче, чем на участке охлаждения воды.

Ответ: График представляет собой ломаную линию из трех участков: первый — наклонный отрезок, показывающий понижение температуры от $50 \, ^{\circ}C$ до $0 \, ^{\circ}C$; второй — горизонтальный отрезок при $0 \, ^{\circ}C$; третий — наклонный отрезок, показывающий понижение температуры от $0 \, ^{\circ}C$ до $-15 \, ^{\circ}C$, причем этот отрезок имеет больший наклон (более крутой), чем первый.