Номер 40, страница 269 - гдз по физике 8 класс учебник Громов, Родина

Задачи и упражнения - номер 40, страница 269.

Условие.

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

а) лёд (при $t_1 = -15 \, \text{°С}$) $\rightarrow$ вода (при $t_2 = 0 \, \text{°С}$);

б) вода (при $t_1 = 0 \, \text{°С}$) $\rightarrow$ лёд (при $t_2 = -5 \, \text{°С}$);

в) вода (при $t_1 = 0 \, \text{°С}$) $\rightarrow$ вода (при $t_2 = 100 \, \text{°С}$);

г) лёд (при $t_1 = -10 \, \text{°С}$) $\rightarrow$ вода (при $t_2 = 80 \, \text{°С}$).

Решение.

Для построения примерных графиков зависимости температуры вещества от времени ($\text{t}$ от $\tau$) будем исходить из предположения, что теплообмен с окружающей средой происходит с постоянной скоростью (то есть мощность нагревателя или холодильника постоянна). В этом случае температура вещества при нагревании или охлаждении в одном агрегатном состоянии изменяется линейно со временем, а во время фазовых переходов (плавление, кристаллизация) остается постоянной. На графиках по оси ординат будем откладывать температуру $\text{t}$ в °C, а по оси абсцисс — время $\tau$.

а) лёд (при $t_1 = -15$ °C) → вода (при $t_2 = 0$ °C)

Процесс состоит из двух этапов. Сначала лед нагревается от $-15$ °C до температуры плавления $\text{0}$ °C. На графике это отображается в виде наклонного прямолинейного отрезка, идущего вверх. Затем начинается плавление льда при постоянной температуре $\text{0}$ °C. Этот этап на графике представлен горизонтальным отрезком. Процесс завершается, когда весь лед превращается в воду.

Ответ: График состоит из двух частей: наклонной прямой, показывающей рост температуры льда от $-15$ °C до $\text{0}$ °C, и следующей за ней горизонтальной прямой при $t=0$ °C, соответствующей процессу плавления льда.

б) вода (при $t_1 = 0$ °C) → лёд (при $t_2 = -5$ °C)

Процесс состоит из двух этапов. Сначала вода, находящаяся при температуре $\text{0}$ °C, кристаллизуется (замерзает). Во время этого процесса, при постоянном отводе тепла, температура остается постоянной. На графике это горизонтальный отрезок при $t = 0$ °C. После того как вся вода превратится в лед, он начинает охлаждаться от $\text{0}$ °C до $-5$ °C. Этот этап на графике изображается в виде наклонного прямолинейного отрезка, идущего вниз.

Ответ: График состоит из двух частей: горизонтальной прямой при $t=0$ °C, соответствующей процессу замерзания воды, и следующей за ней наклонной прямой, показывающей понижение температуры льда от $\text{0}$ °C до $-5$ °C.

в) вода (при $t_1 = 0$ °C) → вода (при $t_2 = 100$ °C)

В этом процессе происходит только нагревание воды от $\text{0}$ °C до $100$ °C без фазовых переходов. Температура воды линейно возрастает со временем. График представляет собой один наклонный прямолинейный отрезок, идущий вверх от точки ($t=0$ °C) до точки ($t=100$ °C).

Ответ: График представляет собой наклонную прямую, показывающую рост температуры воды от $\text{0}$ °C до $100$ °C.

г) лёд (при $t_1 = -10$ °C) → вода (при $t_2 = 80$ °C)

Этот процесс состоит из трех этапов. Первый этап — нагревание льда от $-10$ °C до $\text{0}$ °C (наклонный отрезок на графике). Второй этап — плавление льда при постоянной температуре $\text{0}$ °C (горизонтальный отрезок). Третий этап — нагревание получившейся воды от $\text{0}$ °C до $\text{80}$ °C (еще один наклонный отрезок). Важно учесть, что удельная теплоемкость воды ($c_{воды} \approx 4200$ Дж/(кг·°C)) примерно в два раза больше удельной теплоемкости льда ($c_{льда} \approx 2100$ Дж/(кг·°C)). Следовательно, при постоянной мощности нагревателя наклон графика нагревания воды будет меньше (линия будет более пологой), чем наклон графика нагревания льда, так как для повышения температуры воды на один градус требуется больше времени (и тепла).

Ответ: График представляет собой ломаную линию из трех участков: первый — наклонная прямая (нагрев льда от $-10$ °C до $\text{0}$ °C), второй — горизонтальная прямая (плавление льда при $\text{0}$ °C), третий — наклонная прямая с меньшим углом наклона, чем у первой (нагрев воды от $\text{0}$ °C до $\text{80}$ °C).