Вариант 9, страница 72 - гдз по физике 8 класс дидактические материалы Марон, Марон

Самостоятельные работы. СР-4. Плавление и отвердевание - страница 72.

Условие.

Вариант 9

1. Почему олово можно расплавить на свече, а железо нельзя?

2. Почему таяние снега в лесу происходит медленнее, чем на открытых местах?

3. Какое количество теплоты потребуется для плавления цинкового бруска массой 500 г, взятого при температуре 20 °C? Начертите примерный график нагревания и плавления цинкового бруска.

Решение.

1. Почему олово можно расплавить на свече, а железо нельзя?

Это явление объясняется существенной разницей в температурах плавления этих двух металлов. Температура плавления — это температура, при которой вещество переходит из твердого агрегатного состояния в жидкое.

У олова температура плавления относительно низкая и составляет примерно $232 \text{ °C}$.

У железа температура плавления значительно выше — около $1538 \text{ °C}$.

Температура пламени обычной парафиновой свечи может достигать в самой горячей его части $1400 \text{ °C}$. Этой температуры более чем достаточно, чтобы нагреть олово до $232 \text{ °C}$ и полностью его расплавить. Однако температуры пламени свечи совершенно недостаточно, чтобы нагреть железо до его температуры плавления в $1538 \text{ °C}$.

Ответ: Олово можно расплавить на свече, потому что его температура плавления ($232 \text{ °C}$) находится в пределах температуры, создаваемой пламенем свечи. Температура плавления железа ($1538 \text{ °C}$) намного выше, и ее невозможно достичь с помощью обычной свечи.

2. Почему таяние снега в лесу происходит медленнее, чем на открытых местах?

Таяние снега в лесу происходит медленнее, чем на открытой местности, по нескольким взаимосвязанным причинам, главной из которых является количество получаемой солнечной энергии.

1. Затенение. Основной источник тепла для таяния снега весной — это прямое солнечное излучение. В лесу густые кроны деревьев, особенно хвойных, создают тень и блокируют значительную часть солнечных лучей. В результате снежный покров в лесу получает гораздо меньше тепловой энергии, чем снег на открытом поле или лугу.

2. Аккумуляция снега. В лесу снег защищен от ветра, поэтому он накапливается более толстым и рыхлым слоем. На таяние большей массы снега требуется большее количество теплоты и, соответственно, больше времени.

3. Теплоизоляция. Почва в лесу покрыта слоем опавших листьев, хвои и мха (лесная подстилка), который является хорошим теплоизолятором. Этот слой замедляет прогревание земли под снегом, что также способствует более медленному таянию.

Таким образом, комплекс этих факторов приводит к тому, что весеннее потепление в лесу происходит менее интенсивно, и снег сохраняется дольше.

Ответ: Главная причина медленного таяния снега в лесу заключается в том, что кроны деревьев затеняют снежный покров, препятствуя его нагреву прямыми солнечными лучами.

3. Какое количество теплоты потребуется для плавления цинкового бруска массой 500 г, взятого при температуре 20 °C? Начертите примерный график нагревания и плавления цинкового бруска.

Дано:
Вещество: цинк (Zn)
Масса бруска: $m = 500 \text{ г}$
Начальная температура: $t_1 = 20 \text{ °C}$
Удельная теплоемкость цинка (из справочника): $c = 380 \frac{\text{Дж}}{\text{кг} \cdot \text{°C}}$
Температура плавления цинка (из справочника): $t_{пл} = 420 \text{ °C}$
Удельная теплота плавления цинка (из справочника): $\lambda = 1.12 \cdot 10^5 \frac{\text{Дж}}{\text{кг}}$

Перевод в систему СИ:
$m = 500 \text{ г} = 0.5 \text{ кг}$

Найти:

$Q_{общ} - ?$

Решение

Процесс можно разделить на два этапа:1. Нагревание твердого цинкового бруска от начальной температуры $t_1$ до температуры плавления $t_{пл}$.2. Плавление бруска при постоянной температуре $t_{пл}$.

1. Вычислим количество теплоты $Q_1$, необходимое для нагревания бруска:$Q_1 = c \cdot m \cdot (t_{пл} - t_1)$
Подставим числовые значения:
$Q_1 = 380 \frac{\text{Дж}}{\text{кг} \cdot \text{°C}} \cdot 0.5 \text{ кг} \cdot (420 \text{ °C} - 20 \text{ °C}) = 190 \cdot 400 = 76000 \text{ Дж} = 76 \text{ кДж}$

2. Вычислим количество теплоты $Q_2$, необходимое для плавления бруска:$Q_2 = \lambda \cdot m$
Подставим числовые значения:
$Q_2 = 1.12 \cdot 10^5 \frac{\text{Дж}}{\text{кг}} \cdot 0.5 \text{ кг} = 56000 \text{ Дж} = 56 \text{ кДж}$

3. Общее количество теплоты $Q_{общ}$ равно сумме теплоты, затраченной на нагревание и плавление:$Q_{общ} = Q_1 + Q_2$
$Q_{общ} = 76000 \text{ Дж} + 56000 \text{ Дж} = 132000 \text{ Дж} = 132 \text{ кДж}$

Примерный график зависимости температуры цинкового бруска от подведенного количества теплоты:

На графике показаны два участка: наклонный участок соответствует процессу нагревания твердого цинка от $20 \text{ °C}$ до $420 \text{ °C}$, а горизонтальный участок — процессу плавления цинка при постоянной температуре $420 \text{ °C}$.

Ответ: Для плавления цинкового бруска потребуется $132 \text{ кДж}$ теплоты.