Номер 201, страница 36 - гдз по физике 8 класс сборник вопросов и задач Марон, Марон

Тепловые явления. Плавление и отвердевание кристаллических тел. Удельная теплота плавления - номер 201, страница 36.

Условие.

201. Почему большой сосуд с водой, помещённый в погреб, предохраняет овощи от замерзания?

Решение.

Решение

Это явление объясняется двумя ключевыми физическими свойствами воды: её очень высокой удельной теплоёмкостью и большой удельной теплотой кристаллизации.

1. Высокая удельная теплоёмкость. Вода обладает одной из самых высоких удельных теплоёмкостей ($c_{воды} \approx 4200 \, \frac{Дж}{кг \cdot °C}$). Это означает, что для того, чтобы охладить воду на 1°C, она должна отдать большое количество теплоты. Когда температура воздуха в погребе начинает падать, вода в сосуде остывает медленнее, чем воздух и овощи, и при этом отдаёт в окружающее пространство значительное количество тепла. Это замедляет процесс охлаждения всего погреба.

2. Выделение теплоты при замерзании. Главный эффект заключается в процессе фазового перехода воды из жидкого состояния в твёрдое (лёд). Когда температура в погребе опускается до 0°C, вода в сосуде начинает замерзать. Процесс кристаллизации происходит при постоянной температуре (0°C) и сопровождается выделением огромного количества теплоты, называемой удельной теплотой плавления (кристаллизации). Для воды это значение очень велико: $\lambda \approx 3,3 \cdot 10^5 \, \frac{Дж}{кг}$. Пока вся вода в сосуде не превратится в лёд, она будет непрерывно выделять тепло, поддерживая температуру в погребе на уровне около 0°C. Овощи же, из-за содержания в них солей и сахаров, замерзают при температуре несколько ниже 0°C (например, -1°C или -2°C). Таким образом, вода, замерзая, не даёт температуре в погребе опуститься до критической для овощей отметки.

В результате сосуд с водой работает как тепловой аккумулятор, который сглаживает резкие перепады температуры и, что самое важное, при замерзании поддерживает температуру выше точки замерзания овощей.

Ответ:

Сосуд с водой предохраняет овощи от замерзания, потому что вода обладает высокой удельной теплоёмкостью и большой удельной теплотой кристаллизации. При понижении температуры в погребе вода медленно остывает, отдавая тепло. Когда температура достигает 0°C, вода начинает замерзать, выделяя при этом большое количество теплоты и поддерживая температуру в погребе на этом уровне, что не даёт овощам, замерзающим при более низкой температуре, испортиться.