Номер 55, страница 270 - гдз по физике 8 класс учебник Громов, Родина

Задачи и упражнения - номер 55, страница 270.

Условие.

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

a) вода (при $t_1 = 20 \text{ }^\circ\text{C}$) $\rightarrow$ пар (при $t_2 = 100 \text{ }^\circ\text{C}$);

б) вода (при $t_1 = 0 \text{ }^\circ\text{C}$) $\rightarrow$ пар (при $t_2 = 110 \text{ }^\circ\text{C}$);

в) лёд (при $t_1 = 0 \text{ }^\circ\text{C}$) $\rightarrow$ пар (при $t_2 = 100 \text{ }^\circ\text{C}$);

г) кислород (при $t_1 = -230 \text{ }^\circ\text{C}$) $\rightarrow$ кислород (при $t_2 = 20 \text{ }^\circ\text{C}$).

Решение.

Для построения графиков будем считать, что веществу сообщается теплота с постоянной мощностью. Тогда на участках нагревания или охлаждения температура будет изменяться линейно со временем, а на участках фазовых переходов (плавление, кипение) температура будет оставаться постоянной.

а) вода (при $t_1 = 20$ °C) → пар (при $t_2 = 100$ °C)

Решение

Процесс перехода воды от $t_1 = 20$ °C к пару при $t_2 = 100$ °C состоит из двух этапов:

1. Нагревание воды от $\text{20}$ °C до температуры кипения ($100$ °C).
2. Парообразование (кипение) воды при постоянной температуре $100$ °C.

Соответственно, график зависимости температуры $\text{T}$ от времени $\text{t}$ будет иметь два участка:

• Участок 1: Наклонная прямая, начинающаяся от $T = 20$ °C и поднимающаяся до $T = 100$ °C. Этот участок представляет процесс нагревания жидкой воды.
• Участок 2: Горизонтальная прямая на уровне $T = 100$ °C. Этот участок представляет процесс кипения. Температура остается постоянной до тех пор, пока вся вода не превратится в пар.

Ответ: График состоит из двух последовательных участков: наклонной прямой, соответствующей нагреванию воды от $\text{20}$ °C до $100$ °C, и горизонтального участка, соответствующего кипению воды при $100$ °C.

б) вода (при $t_1 = 0$ °C) → пар (при $t_2 = 110$ °C)

Решение

Процесс перехода воды от $t_1 = 0$ °C к пару при $t_2 = 110$ °C состоит из трех этапов:

1. Нагревание воды от $\text{0}$ °C до температуры кипения ($100$ °C).
2. Парообразование (кипение) воды при постоянной температуре $100$ °C.
3. Нагревание получившегося пара от $100$ °C до $110$ °C.

График зависимости температуры $\text{T}$ от времени $\text{t}$ будет состоять из трех участков:

• Участок 1: Наклонная прямая, идущая от $T = 0$ °C до $T = 100$ °C (нагревание воды).
• Участок 2: Горизонтальная прямая на уровне $T = 100$ °C (кипение воды).
• Участок 3: Наклонная прямая, идущая от $T = 100$ °C до $T = 110$ °C (нагревание пара). Угол наклона этой прямой будет больше, чем у первого участка, так как удельная теплоемкость пара меньше удельной теплоемкости воды, и при той же мощности нагревателя пар нагревается быстрее.

Ответ: График состоит из трех последовательных участков: наклонная прямая (нагревание воды от $\text{0}$ °C до $100$ °C), горизонтальный участок (кипение при $100$ °C) и еще одна наклонная прямая с большим углом наклона (нагревание пара от $100$ °C до $110$ °C).

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

Решение

Процесс перехода льда при $t_1 = 0$ °C к пару при $t_2 = 100$ °C состоит из трех этапов:

1. Плавление льда при постоянной температуре $\text{0}$ °C.
2. Нагревание образовавшейся воды от $\text{0}$ °C до температуры кипения ($100$ °C).
3. Парообразование (кипение) воды при постоянной температуре $100$ °C.

График зависимости температуры $\text{T}$ от времени $\text{t}$ будет состоять из трех участков:

• Участок 1: Горизонтальная прямая на уровне $T = 0$ °C. Этот участок представляет процесс плавления льда.
• Участок 2: Наклонная прямая, идущая от $T = 0$ °C до $T = 100$ °C. Этот участок представляет процесс нагревания воды.
• Участок 3: Горизонтальная прямая на уровне $T = 100$ °C. Этот участок представляет процесс кипения воды.

Ответ: График состоит из трех последовательных участков: горизонтальный участок (плавление льда при $\text{0}$ °C), наклонная прямая (нагревание воды от $\text{0}$ °C до $100$ °C) и еще один горизонтальный участок (кипение воды при $100$ °C).

г) кислород (при $t_1 = -230$ °C) → кислород (при $t_2 = 20$ °C)

Решение

Для этого процесса необходимо знать температуры фазовых переходов кислорода: температура плавления $t_{пл} \approx -219$ °C, температура кипения $t_{кип} \approx -183$ °C. Начальная температура $t_1 = -230$ °C ниже температуры плавления, значит, кислород изначально находится в твердом состоянии.

Процесс состоит из пяти этапов:

1. Нагревание твердого кислорода от $-230$ °C до температуры плавления ($-219$ °C).
2. Плавление твердого кислорода при постоянной температуре $-219$ °C.
3. Нагревание жидкого кислорода от $-219$ °C до температуры кипения ($-183$ °C).
4. Парообразование (кипение) жидкого кислорода при постоянной температуре $-183$ °C.
5. Нагревание газообразного кислорода от $-183$ °C до $\text{20}$ °C.

График зависимости температуры $\text{T}$ от времени $\text{t}$ будет состоять из пяти участков:

• Участок 1: Наклонная прямая от $T = -230$ °C до $T = -219$ °C (нагревание твердого кислорода).
• Участок 2: Горизонтальная прямая на уровне $T = -219$ °C (плавление).
• Участок 3: Наклонная прямая от $T = -219$ °C до $T = -183$ °C (нагревание жидкого кислорода).
• Участок 4: Горизонтальная прямая на уровне $T = -183$ °C (кипение).
• Участок 5: Наклонная прямая от $T = -183$ °C до $T = 20$ °C (нагревание газообразного кислорода).

Углы наклона прямых на участках 1, 3 и 5 будут, в общем случае, различными, так как удельные теплоемкости кислорода в твердом, жидком и газообразном состояниях различаются.

Ответ: График представляет собой ломаную линию, состоящую из пяти последовательных участков: трех наклонных (нагревание твердого, жидкого и газообразного кислорода) и двух горизонтальных (плавление при $-219$ °C и кипение при $-183$ °C).