Номер 56, страница 270 - гдз по физике 8 класс учебник Громов, Родина

Задачи и упражнения - номер 56, страница 270.

Условие.

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

1. вода (при $t_1 = 100 \text{ \degree C}$) $\rightarrow$ пар (при $t_2 = 120 \text{ \degree C}$);
2. лёд (при $t_1 = -10 \text{ \degree C}$) $\rightarrow$ пар (при $t_2 = 100 \text{ \degree C}$);
3. лёд (при $t_1 = -20 \text{ \degree C}$) $\rightarrow$ пар (при $t_2 = 110 \text{ \degree C}$);
4. ртуть (при $t_1 = -50 \text{ \degree C}$) $\rightarrow$ ртуть (при $t_2 = 400 \text{ \degree C}$).

Решение.

Для построения примерных графиков зависимости температуры вещества от времени будем считать, что веществу сообщается теплота с постоянной мощностью. Ось ординат будет представлять температуру ($\text{T}$, °C), а ось абсцисс — время ($\text{t}$).

Процессы нагревания (или охлаждения) вещества в одном агрегатном состоянии (твердом, жидком или газообразном) на графике изображаются наклонными линиями. Температура изменяется, пока подводится (или отводится) тепло. Угол наклона прямой зависит от удельной теплоемкости вещества: чем больше теплоемкость, тем медленнее растет температура и тем более пологим будет график.

Процессы фазовых переходов (плавление, кристаллизация, парообразование, конденсация) происходят при постоянной температуре. На графике они изображаются горизонтальными участками (плато). Длина такого участка пропорциональна удельной теплоте фазового перехода.

а) вода (при $t_1 = 100$ °C) → пар (при $t_2 = 120$ °C)

Процесс состоит из двух этапов:

1. Кипение воды. Изначально вода находится при температуре кипения ($100$ °C). Вся подводимая энергия идет на превращение воды в пар. Температура при этом остается постоянной. На графике это будет горизонтальный участок при $T = 100$ °C.

2. Нагревание пара. После того как вся вода испарится, полученный пар при $100$ °C начнет нагреваться до конечной температуры $120$ °C. На графике это будет наклонный участок, идущий вверх от $100$ °C до $120$ °C.

Ответ: График состоит из горизонтального участка при $T = 100$ °C, за которым следует наклонный участок, показывающий рост температуры от $100$ °C до $120$ °C.

б) лёд (при $t_1 = -10$ °C) → пар (при $t_2 = 100$ °C)

Процесс состоит из четырех этапов:

1. Нагревание льда. Лед нагревается от начальной температуры $-10$ °C до температуры плавления $\text{0}$ °C. На графике это наклонный участок.

2. Плавление льда. При достижении $\text{0}$ °C лед начинает плавиться, превращаясь в воду. Температура в течение всего процесса плавления остается постоянной. На графике это горизонтальный участок при $T = 0$ °C.

3. Нагревание воды. После того как весь лед растает, получившаяся вода нагревается от $\text{0}$ °C до температуры кипения $100$ °C. На графике это наклонный участок. Так как 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)), этот участок будет более пологим, чем участок нагревания льда.

4. Кипение воды. При достижении $100$ °C вода начинает кипеть, превращаясь в пар. Процесс заканчивается, когда вся вода превращается в пар при $100$ °C. На графике это горизонтальный участок при $T = 100$ °C.

Ответ: График представляет собой ломаную линию, состоящую из четырех последовательных участков: наклонный (нагрев льда от $-10$ °C до $\text{0}$ °C), горизонтальный (плавление при $\text{0}$ °C), более пологий наклонный (нагрев воды от $\text{0}$ °C до $100$ °C) и снова горизонтальный (кипение при $100$ °C).

в) лёд (при $t_1 = -20$ °C) → пар (при $t_2 = 110$ °C)

Процесс состоит из пяти этапов:

1. Нагревание льда. Нагрев от $-20$ °C до $\text{0}$ °C. Наклонный участок.

2. Плавление льда. Плавление при постоянной температуре $\text{0}$ °C. Горизонтальный участок.

3. Нагревание воды. Нагрев от $\text{0}$ °C до $100$ °C. Более пологий наклонный участок.

4. Кипение воды. Кипение при постоянной температуре $100$ °C. Горизонтальный участок. Этот участок будет значительно длиннее участка плавления, так как удельная теплота парообразования воды ($r \approx 2,3 \cdot 10^6$ Дж/кг) почти в 7 раз больше удельной теплоты плавления льда ($\lambda \approx 3,3 \cdot 10^5$ Дж/кг).

5. Нагревание пара. Нагрев пара от $100$ °C до $110$ °C. Наклонный участок. Угол наклона этого участка будет примерно таким же, как и у участка нагревания льда, так как их удельные теплоемкости близки ($c_{пара} \approx 2000$ Дж/(кг·°C)).

Ответ: График состоит из пяти участков: наклонный (нагрев льда до $\text{0}$ °C), короткий горизонтальный (плавление), пологий наклонный (нагрев воды до $100$ °C), длинный горизонтальный (кипение) и крутой наклонный (нагрев пара до $110$ °C).

г) ртуть (при $t_1 = -50$ °C) → ртуть (при $t_2 = 400$ °C)

Для ртути температура плавления составляет примерно $t_{пл} \approx -39$ °C, а температура кипения $t_{кип} \approx 357$ °C. Процесс состоит из пяти этапов:

1. Нагревание твердой ртути. Нагрев от $-50$ °C до температуры плавления $\approx -39$ °C. Наклонный участок.

2. Плавление ртути. Плавление при постоянной температуре $\approx -39$ °C. Горизонтальный участок.

3. Нагревание жидкой ртути. Нагрев от $\approx -39$ °C до температуры кипения $\approx 357$ °C. Наклонный участок.

4. Кипение ртути. Кипение при постоянной температуре $\approx 357$ °C. Горизонтальный участок.

5. Нагревание паров ртути. Нагрев от $\approx 357$ °C до $400$ °C. Наклонный участок.

Ответ: График состоит из пяти участков: наклонный (нагрев твердой ртути от $-50$ °C до $-39$ °C), горизонтальный (плавление при $-39$ °C), наклонный (нагрев жидкой ртути от $-39$ °C до $357$ °C), горизонтальный (кипение при $357$ °C) и наклонный (нагрев паров ртути до $400$ °C).