Экспериментальные задания, страница 42 - гдз по физике 8 класс учебник Кронгарт, Насохова

Заморозим воду в морозильной камере. Образовавшийся лед разобьем на небольшие кусочки и положим их в стакан с термометром. Измерим начальную температуру содержимого и начнем его нагревать (рис. 10.2, а). Сначала твердый лед нагревается и температура повышается. Но достигнув 0°С, температура перестает подниматься, несмотря на то, что мы все еще продолжаем процесс нагревания. Мы увидим, что лед начинает таять. И пока лед не растает полностью, его температура остается постоянной и равной 0°C (рис. 10.2, б, в).

После того, как весь лед растает, при дальнейшем нагревании температура воды быстро повышается. На рисунке 10.3 приведен график зависимости температуры льда от времени его нагревания и отвердевания при охлаждении. На участке АВ повышается температура льда. Лед нагревается до температуры плавления (0°С), при этом ему сообщается количество теплоты $Q_1$. Участок ВС соответствует процессу плавления льда, его температура остается постоянной и равной нулю, но процесс идет с поглощением количества теплоты $Q_2$. Точка С соответствует состоянию, когда лед полностью растаял и образовалась вода с температурой, равной 0°С.

Рис. 10.2

Рис. 10.3

Участок AB

На данном участке графика показан процесс нагревания твердого льда. Начальная температура льда, согласно графику, составляет $-5^\circ C$. При подводе количества теплоты $Q_1$ температура льда равномерно повышается до температуры плавления, равной $0^\circ C$. В течение всего этого процесса вещество находится в твердом агрегатном состоянии. Количество теплоты, необходимое для нагревания, вычисляется по формуле:

$Q_1 = c_{л} \cdot m \cdot (t_{пл} - t_{нач})$

где $c_{л}$ – удельная теплоемкость льда, $m$ – масса льда, $t_{пл}$ – температура плавления ($0^\circ C$), а $t_{нач}$ – начальная температура ($-5^\circ C$).

Ответ: Процесс нагревания твердого льда от $-5^\circ C$ до $0^\circ C$.

Участок BC

Этот участок соответствует процессу плавления льда. Несмотря на то что к веществу продолжает подводиться тепло ($Q_2$), его температура остается постоянной и равной $0^\circ C$. Вся поступающая энергия расходуется на разрушение кристаллической решетки льда, то есть на фазовый переход из твердого состояния в жидкое. В точке B вещество представляет собой лед при температуре плавления, а в точке C — уже воду при той же температуре $0^\circ C$. Между точками B и C вещество является смесью льда и воды. Количество теплоты, необходимое для полного плавления льда, рассчитывается по формуле:

$Q_2 = \lambda \cdot m$

где $\lambda$ – удельная теплота плавления льда, а $m$ – его масса.

Ответ: Процесс плавления льда при постоянной температуре $0^\circ C$.

Участок CD

На участке CD происходит нагревание воды, образовавшейся после полного плавления льда. Температура вещества, теперь находящегося в жидком состоянии, повышается от $0^\circ C$ (точка C) до некоторой температуры $t_D$ (точка D) при подводе тепла $Q_3$. Количество теплоты для этого процесса определяется как:

$Q_3 = c_{в} \cdot m \cdot (t_D - t_C)$

где $c_{в}$ – удельная теплоемкость воды, $m$ – масса воды (равная массе исходного льда), $t_D$ – конечная температура, $t_C=0^\circ C$.

Ответ: Процесс нагревания воды от $0^\circ C$ до температуры $t_D$.

Участок DE

Этот отрезок графика иллюстрирует процесс охлаждения воды. От вещества отводится тепло ($Q_4$), в результате чего его температура понижается от $t_D$ до $0^\circ C$ (температуры кристаллизации). На всем участке DE вещество находится в жидком состоянии. Количество выделенной теплоты составляет:

$Q_4 = c_{в} \cdot m \cdot (t_D - t_E)$

где $t_E=0^\circ C$.

Ответ: Процесс охлаждения воды от температуры $t_D$ до $0^\circ C$.

Участок EK

Участок EK – это горизонтальная линия при $0^\circ C$, которая соответствует процессу кристаллизации (замерзания) воды. При отводе тепла ($Q_5$) вода превращается в лед, при этом температура смеси воды и льда остается постоянной, пока вся жидкость не затвердеет. Этот процесс является обратным плавлению. В точке E вся масса вещества – это вода при $0^\circ C$, а в точке K – уже лед при $0^\circ C$. Количество выделяющейся при этом теплоты равно:

$Q_5 = \lambda \cdot m$

Ответ: Процесс кристаллизации воды (превращение в лед) при постоянной температуре $0^\circ C$.

Участок KN

На последнем участке графика, KN, показано охлаждение уже твердого льда. После того как в точке K вся вода замерзла, дальнейший отвод тепла ($Q_6$) приводит к понижению температуры льда от $0^\circ C$ до некоторой конечной отрицательной температуры $t_N$. Количество выделенной теплоты на этом этапе:

$Q_6 = c_{л} \cdot m \cdot (t_K - t_N)$

где $t_K = 0^\circ C$.

Ответ: Процесс охлаждения твердого льда от $0^\circ C$ до температуры $t_N$.