Номер 198, страница 35 - гдз по физике 8 класс сборник вопросов и задач Марон, Марон

Тепловые явления. Плавление и отвердевание кристаллических тел. Удельная теплота плавления - номер 198, страница 35.

Условие.

198. На рисунке 33 приведён график охлаждения и кристаллизации алюминия. Каким процессам соответствуют отдельные участки графика? Сколько времени длилось наблюдение? Как изменяется внутренняя энергия алюминия на участках $AB$, $BC$ и $CD$?

Рис. 33

Решение.

Каким процессам соответствуют отдельные участки графика?

Представленный график показывает зависимость температуры алюминия от времени в процессе его охлаждения. График можно разделить на три участка, каждый из которых соответствует определенному физическому процессу.

1. Участок AB: На этом участке мы видим, что температура алюминия со временем уменьшается. Алюминий находится в жидком агрегатном состоянии и отдает тепло в окружающую среду. Таким образом, участок AB соответствует процессу охлаждения жидкого алюминия от начальной температуры до температуры кристаллизации.

2. Участок BC: Этот участок является горизонтальным, что означает, что температура алюминия остается постоянной ($t = 660 \text{ °C}$), несмотря на то, что он продолжает отдавать тепло. Постоянство температуры во время изменения агрегатного состояния является характерным свойством кристаллических веществ. Этот процесс — кристаллизация (или затвердевание) алюминия. В течение этого времени жидкий алюминий превращается в твердый. Выделяющаяся при этом энергия (теплота кристаллизации) компенсирует потерю тепла, поэтому температура не меняется до тех пор, пока весь алюминий не затвердеет.

3. Участок CD: После того как весь алюминий перешел в твердое состояние (в точке C), его температура снова начинает понижаться. Этот участок соответствует процессу охлаждения твердого алюминия.

Ответ: Участок AB — охлаждение жидкого алюминия; участок BC — кристаллизация (затвердевание) алюминия; участок CD — охлаждение твердого алюминия.

Сколько времени длилось наблюдение?

Чтобы определить общую продолжительность наблюдения, необходимо посмотреть на ось времени (горизонтальная ось, обозначенная как $\text{t}$, мин). Наблюдение начинается в момент времени $t_1 = 0$ мин и заканчивается в последней точке графика, которая соответствует моменту времени $t_2 = 16$ мин. Следовательно, общая длительность наблюдения равна разнице между конечным и начальным временем:

$ \Delta t = t_2 - t_1 = 16 \text{ мин} - 0 \text{ мин} = 16 \text{ мин} $

Ответ: Наблюдение длилось 16 минут.

Как изменяется внутренняя энергия алюминия на участках AB, BC и CD?

Внутренняя энергия вещества складывается из кинетической энергии хаотического движения его частиц (атомов, молекул) и потенциальной энергии их взаимодействия. На протяжении всего процесса, показанного на графике, алюминий охлаждается, то есть отдает тепло окружающей среде. Отдача тепла всегда приводит к уменьшению внутренней энергии тела. Рассмотрим каждый участок отдельно.

1. Участок AB (охлаждение жидкости): Температура алюминия уменьшается. Уменьшение температуры означает, что средняя кинетическая энергия движения атомов алюминия становится меньше. Следовательно, внутренняя энергия на этом участке уменьшается.

2. Участок BC (кристаллизация): Температура алюминия остается постоянной, а значит, средняя кинетическая энергия его атомов не изменяется. Однако в процессе кристаллизации происходит переход из жидкого, менее упорядоченного состояния, в твердое, с образованием кристаллической решетки. При этом атомы сближаются, силы притяжения между ними совершают работу, и потенциальная энергия взаимодействия атомов уменьшается. Этот процесс сопровождается выделением энергии в окружающую среду. Таким образом, внутренняя энергия на этом участке уменьшается за счет уменьшения потенциальной энергии.

3. Участок CD (охлаждение твердого тела): Температура твердого алюминия уменьшается. Это означает, что интенсивность колебаний атомов в узлах кристаллической решетки падает, то есть их средняя кинетическая энергия уменьшается. Следовательно, внутренняя энергия на этом участке также уменьшается.

Ответ: На всех участках (AB, BC и CD) внутренняя энергия алюминия уменьшается.