Номер 42, страница 269 - гдз по физике 8 класс учебник Громов, Родина

Задачи и упражнения - номер 42, страница 269.

Условие.

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

a) олово (при $t_1 = 100\ {}^\circ \mathrm{C}$) $\rightarrow$ олово (при $t_2 = 250\ {}^\circ \mathrm{C}$);

б) спирт (при $t_1 = 0\ {}^\circ \mathrm{C}$) $\rightarrow$ спирт (при $t_2 = -130\ {}^\circ \mathrm{C}$).

Решение.

а) олово (при $t_1 = 100$ °C) → олово (при $t_2 = 250$ °C)

Для построения графика зависимости температуры олова от времени необходимо знать его температуру плавления. Из физических справочников известно, что температура плавления олова составляет приблизительно $t_{пл} = 232$ °C. Начальная температура олова ($t_1 = 100$ °C) ниже температуры плавления, следовательно, олово находится в твердом агрегатном состоянии. Конечная температура ($t_2 = 250$ °C) выше температуры плавления, значит, в конце процесса олово будет находиться в жидком состоянии. Таким образом, процесс нагревания будет включать в себя фазовый переход — плавление.

Весь процесс можно разбить на три последовательных этапа:

1. Нагревание твердого олова от начальной температуры $100$ °C до температуры плавления $232$ °C. На графике зависимости температуры $\text{T}$ (ось ординат) от времени $\tau$ (ось абсцисс) этот этап изображается в виде наклонного прямолинейного участка, идущего вверх. Температура линейно растет со временем, так как предполагается постоянная мощность нагревателя.

2. Плавление олова. Этот процесс происходит при постоянной температуре $t_{пл} = 232$ °C. Вся подводимая к олову тепловая энергия расходуется на разрушение его кристаллической решетки, а не на увеличение кинетической энергии молекул, поэтому температура остается неизменной до тех пор, пока все олово не расплавится. На графике этот этап представляет собой горизонтальный участок.

3. Нагревание жидкого олова от температуры плавления $232$ °C до конечной температуры $250$ °C. После того как все олово перешло в жидкое состояние, его температура снова начинает расти. На графике это будет еще один наклонный прямолинейный участок, идущий вверх. Угол наклона этого участка, как правило, отличается от угла наклона первого участка, так как удельные теплоемкости твердого и жидкого олова различны.

Итак, примерный график зависимости температуры олова от времени будет представлять собой ломаную линию, состоящую из трех участков: восходящего наклонного, горизонтального и снова восходящего наклонного.

Ответ: График зависимости температуры олова от времени будет состоять из трех последовательных участков: 1) нагревание твердого олова от 100 °C до 232 °C (линия с положительным наклоном); 2) плавление олова при постоянной температуре 232 °C (горизонтальная линия); 3) нагревание жидкого олова от 232 °C до 250 °C (линия с положительным наклоном).

б) спирт (при $t_1 = 0$ °C) → спирт (при $t_2 = -130$ °C)

Для построения графика зависимости температуры спирта (этилового спирта) от времени необходимо знать его температуру замерзания (кристаллизации). Температура кристаллизации этилового спирта составляет приблизительно $t_{крист} = -114$ °C. Начальная температура спирта ($t_1 = 0$ °C) выше температуры кристаллизации, поэтому он находится в жидком состоянии. Конечная температура ($t_2 = -130$ °C) ниже температуры кристаллизации, следовательно, в конце процесса спирт будет в твердом состоянии. Процесс охлаждения будет включать фазовый переход — кристаллизацию.

Весь процесс можно разбить на три последовательных этапа:

1. Охлаждение жидкого спирта от начальной температуры $\text{0}$ °C до температуры кристаллизации $-114$ °C. На графике зависимости температуры $\text{T}$ от времени $\tau$ этот этап изображается в виде наклонного прямолинейного участка, идущего вниз. Температура линейно убывает со временем при условии постоянной скорости отвода тепла.

2. Кристаллизация (замерзание) спирта. Этот процесс происходит при постоянной температуре $t_{крист} = -114$ °C. При кристаллизации выделяется энергия (теплота кристаллизации), которая отводится от вещества. Пока весь спирт не затвердеет, его температура остается постоянной. На графике этот этап представляет собой горизонтальный участок.

3. Охлаждение твердого спирта от температуры кристаллизации $-114$ °C до конечной температуры $-130$ °C. После полной кристаллизации температура твердого спирта начинает понижаться. На графике это будет еще один наклонный прямолинейный участок, идущий вниз. Его наклон может отличаться от наклона первого участка из-за различия в удельных теплоемкостях жидкого и твердого спирта.

Итак, примерный график зависимости температуры спирта от времени будет представлять собой ломаную линию, состоящую из трех участков: нисходящего наклонного, горизонтального и снова нисходящего наклонного.

Ответ: График зависимости температуры спирта от времени будет состоять из трех последовательных участков: 1) охлаждение жидкого спирта от 0 °C до -114 °C (линия с отрицательным наклоном); 2) кристаллизация спирта при постоянной температуре -114 °C (горизонтальная линия); 3) охлаждение твердого спирта от -114 °C до -130 °C (линия с отрицательным наклоном).