Номер 4, страница 24 - гдз по физике 8 класс тренажёр Хмельницкая

Проверочная работа № 4. Температура плавления и кристаллизации. Удельная теплота плавления. Вариант 2 - номер 4, страница 24.

Решение.

4. Почему вода не сразу начинает замерзать, если её вынести из натопленной комнаты на мороз?

Решение.

Решение

Вода, вынесенная из натопленной комнаты на мороз, не начинает замерзать сразу, потому что процесс замерзания (кристаллизации) представляет собой физический процесс, который требует времени и состоит из двух основных этапов. Каждый из этих этапов связан с отводом определенного количества теплоты от воды в более холодную окружающую среду.

Первый этап — это охлаждение воды до температуры замерзания. Изначально вода имеет положительную температуру (например, комнатную, около +20 °C). Прежде чем вода сможет начать превращаться в лед, вся ее масса должна остыть до температуры кристаллизации, которая для пресной воды при нормальном атмосферном давлении составляет 0 °C. Вода обладает очень высокой удельной теплоемкостью ($c \approx 4200 \, \frac{Дж}{кг \cdot °C}$). Это означает, что для охлаждения одного килограмма воды на один градус Цельсия необходимо отобрать у нее 4200 джоулей тепловой энергии. Количество теплоты $Q_1$, которое должно быть отведено от воды для ее охлаждения от начальной температуры $t_{нач}$ до температуры замерзания $t_{зам} = 0 °C$, рассчитывается по формуле:

$Q_1 = c \cdot m \cdot (t_{нач} - t_{зам})$

где $\text{m}$ – масса воды. Поскольку удельная теплоемкость воды велика, этот процесс занимает значительное время.

Второй этап — это сам процесс кристаллизации. После того как вся вода охладится до 0 °C, она не замерзает мгновенно. Для перехода воды из жидкого состояния в твердое (лед) необходимо отвести еще одно, весьма значительное, количество теплоты. Эта теплота называется удельной теплотой кристаллизации (или плавления) $\lambda$. В течение всего процесса замерзания температура смеси воды и льда остается постоянной и равной 0 °C, пока вся вода не превратится в лед. Удельная теплота кристаллизации воды очень велика и составляет $\lambda \approx 3,3 \cdot 10^5 \, \frac{Дж}{кг}$. Количество теплоты $Q_2$, которое нужно отвести для полного замерзания воды, уже находящейся при 0 °C, равно:

$Q_2 = \lambda \cdot m$

Отвод этого большого количества энергии также требует времени.

Таким образом, задержка перед замерзанием воды объясняется тем, что должны последовательно произойти два процесса, требующие отвода значительного количества теплоты: сначала охлаждение воды до 0 °C, а затем ее кристаллизация при этой температуре.

Ответ: Вода не замерзает мгновенно, потому что для начала процесса кристаллизации ей необходимо сначала остыть до температуры 0 °C, что требует времени из-за высокой удельной теплоемкости воды. Затем, при температуре 0 °C, должен произойти сам фазовый переход из жидкости в твердое тело (лед), для которого требуется отвод значительного количества энергии (удельной теплоты кристаллизации), что также занимает время.