Номер 190, страница 32 - гдз по физике 8 класс сборник вопросов и задач Марон, Марон

Тепловые явления. Плавление и отвердевание кристаллических тел. Удельная теплота плавления - номер 190, страница 32.

Условие.

190. На рисунке 27 представлен график зависимости температуры $\text{t}$ от времени $\tau$, полученный при равномерном охлаждении вещества. Первоначально вещество находилось в жидком состоянии.

Рис. 27

Используя данные графика, выберите из предложенного перечня два верных утверждения. Укажите их номера.

1) Точка B на графике соответствует твёрдому состоянию вещества.

2) Внутренняя энергия вещества при переходе из состояния в точке C в состояние в точке D уменьшается.

3) Удельная теплоёмкость вещества в твёрдом состоянии равна удельной теплоёмкости этого вещества в жидком состоянии.

4) Температура $t_2$ равна температуре кристаллизации данного вещества.

5) Точка E на графике соответствует жидкому состоянию вещества.

Решение.

Проанализируем представленный на рисунке 27 график зависимости температуры от времени при равномерном охлаждении вещества, которое первоначально находилось в жидком состоянии.

Участок AB соответствует процессу охлаждения вещества в жидком состоянии. Температура вещества уменьшается от $t_1$ до $t_2$.

Участок BD представляет собой горизонтальную линию, что означает, что температура вещества остается постоянной и равной $t_2$. Это характерно для фазового перехода. Поскольку вещество охлаждается, на этом участке происходит процесс кристаллизации (затвердевания). В точке B кристаллизация начинается, а в точке D — заканчивается. На всём участке BD вещество существует одновременно в жидкой и твёрдой фазах.

Участок DE соответствует процессу охлаждения вещества, которое уже полностью перешло в твёрдое состояние. Температура твердого тела продолжает уменьшаться.

Теперь рассмотрим предложенные утверждения:

1) Точка В на графике соответствует твёрдому состоянию вещества.

В точке B процесс кристаллизации только начинается. В этот момент вещество ещё полностью находится в жидком агрегатном состоянии, его температура только достигла температуры кристаллизации. Следовательно, утверждение неверно.

Ответ: неверно.

2) Внутренняя энергия вещества при переходе из состояния в точке С в состояние в точке D уменьшается.

Переход из точки C в точку D является частью процесса кристаллизации. Во время кристаллизации вещество выделяет энергию (теплоту кристаллизации) в окружающую среду. Так как система отдает энергию, её внутренняя энергия уменьшается. Это происходит за счёт уменьшения потенциальной энергии взаимодействия частиц при формировании кристаллической решётки. Следовательно, утверждение верно.

Ответ: верно.

3) Удельная теплоёмкость вещества в твёрдом состоянии равна удельной теплоёмкости этого вещества в жидком состоянии.

По условию, охлаждение равномерное, то есть мощность отвода тепла $\text{P}$ постоянна. На участках охлаждения (AB и DE) количество отданной теплоты определяется формулой $Q = cmΔt$. Мощность отвода тепла можно выразить как $P = |\frac{ΔQ}{Δτ}| = c \cdot m \cdot |\frac{Δt}{Δτ}|$. Отсюда удельная теплоёмкость $c = \frac{P}{m \cdot |\frac{Δt}{Δτ}|}$. Поскольку $\text{P}$ и масса $\text{m}$ постоянны, удельная теплоёмкость $\text{c}$ обратно пропорциональна модулю скорости изменения температуры $|\frac{Δt}{Δτ}|$, который на графике представлен крутизной наклона. На участке AB (жидкость) наклон круче, чем на участке DE (твёрдое тело). Это значит, что $|\frac{Δt}{Δτ}|_{AB} > |\frac{Δt}{Δτ}|_{DE}$. Следовательно, удельная теплоёмкость жидкости меньше удельной теплоёмкости твёрдого тела ($c_{жидк.} < c_{тв.}$). Утверждение неверно.

Ответ: неверно.

4) Температура t₂ равна температуре кристаллизации данного вещества.

Горизонтальный участок BD на графике охлаждения соответствует процессу фазового перехода — кристаллизации. Этот процесс для кристаллических тел протекает при постоянной температуре, называемой температурой кристаллизации. Из графика видно, что эта температура равна $t_2$. Следовательно, утверждение верно.

Ответ: верно.

5) Точка Е на графике соответствует жидкому состоянию вещества.

В точке D процесс кристаллизации полностью завершился, и всё вещество перешло в твёрдое состояние. Участок DE показывает дальнейшее охлаждение вещества уже в твёрдой фазе. Точка E принадлежит этому участку, значит, в этой точке вещество твёрдое. Утверждение неверно.

Ответ: неверно.

Таким образом, верными являются утверждения под номерами 2 и 4.