Номер 207, страница 36 - гдз по физике 8 класс сборник вопросов и задач Марон, Марон

Тепловые явления. Плавление и отвердевание кристаллических тел. Удельная теплота плавления - номер 207, страница 36.

Условие.

207. Если в воду при температуре $0°C$ бросить кусок льда при температуре $-22°C$, произойдёт заметное увеличение массы льда. Процесс кристаллизации воды сопровождается передачей значительного количества теплоты. Почему же при этом вода не нагревается?

Решение.

Решение

Когда в воду при температуре 0 °C бросают лед при температуре -22 °C, возникает разность температур, которая инициирует процесс теплообмена. Тепловая энергия начинает переходить от более теплого тела (воды) к более холодному (льду).

Вода уже находится при температуре кристаллизации (0 °C). Отдавая теплоту, она не может охладиться еще больше (понизить свою температуру), оставаясь в жидком состоянии. Вместо этого начинается фазовый переход — вода кристаллизуется, то есть превращается в лед. Этот процесс, как и сказано в условии, сопровождается выделением энергии — удельной теплоты кристаллизации ($Q_{крист} = \lambda \cdot m_{замерзшей\_воды}$).

В то же время холодный лед (при -22 °C) поглощает эту энергию. Поглощенная теплота идет не на плавление льда (так как его температура ниже 0 °C), а на его нагревание до 0 °C ($Q_{нагр} = c_{льда} \cdot m_{льда} \cdot \Delta t$).

Таким образом, вся энергия, которая выделяется при замерзании некоторой части воды, немедленно поглощается куском льда для повышения его температуры. Это замкнутый обмен энергией внутри системы "вода-лед". Теплота не "выходит наружу" и не идет на нагрев оставшейся жидкой воды, потому что она полностью расходуется на нагревание льда до температуры фазового перехода. Система будет находиться в состоянии теплового равновесия при 0 °C до тех пор, пока весь лед не нагреется до этой температуры или пока вся вода не замерзнет.

Ответ: Вода не нагревается, потому что вся теплота, выделяющаяся при кристаллизации части воды, полностью расходуется на нагревание куска льда с температуры -22 °C до 0 °C. Происходит внутренний теплообмен, и пока в системе сосуществуют и вода, и лед, их общая температура остается равной 0 °C.