Номер 5, страница 47 - гдз по физике 8 класс учебник Кронгарт, Насохова

*5. Почему в стальной ложке на пламени горелки можно расплавить кусочек олова или свинца, а такой же кусочек меди нет?

*5. Это явление объясняется существенной разницей в температурах плавления упомянутых металлов. Чтобы расплавить какое-либо вещество, его необходимо нагреть до температуры его плавления и сообщить ему дополнительное количество теплоты для совершения фазового перехода (удельную теплоту плавления).

Сравним температуры плавления ($T_{пл}$) металлов, участвующих в опыте:
Олово (Sn): $T_{пл} \approx 232 \ ^{\circ}\text{C}$
Свинец (Pb): $T_{пл} \approx 328 \ ^{\circ}\text{C}$
Медь (Cu): $T_{пл} \approx 1085 \ ^{\circ}\text{C}$
Сталь (ложка): $T_{пл} \approx 1400-1500 \ ^{\circ}\text{C}$

Температуры плавления олова и свинца относительно невысоки. Температура пламени обычной горелки (например, газовой плиты или спиртовки) может достигать $600-900 \ ^{\circ}\text{C}$ и выше, что значительно превосходит температуру, необходимую для плавления олова и свинца. Стальная ложка, имея высокую температуру плавления, в данном случае служит надежным тиглем (сосудом для плавления). Тепло от пламени передается ложке, а от нее — металлу внутри. Его температура быстро достигает точки плавления, и он переходит в жидкое состояние.

С медью ситуация принципиально иная. Её температура плавления ($1085 \ ^{\circ}\text{C}$) очень высока. Чтобы расплавить медь, необходимо нагреть всю систему "ложка + медь" до этой температуры. Это сложно сделать по нескольким причинам:
1. Высокая температура. Эта температура сопоставима с максимальной температурой, которую может дать пламя обычной горелки, и для ее достижения требуется время и хорошая теплоизоляция.
2. Тепловые потери. При таком сильном нагреве ложка интенсивно теряет тепло за счет излучения в окружающее пространство и за счет теплопроводности по ручке. Мощности горелки может не хватить, чтобы скомпенсировать эти потери и поднять температуру системы до $1085 \ ^{\circ}\text{C}$. В результате система может прийти в тепловое равновесие при более низкой температуре, которой будет недостаточно для плавления меди.
3. Прочность ложки. Температура плавления меди ($1085 \ ^{\circ}\text{C}$) хоть и ниже температуры плавления стали ($ \approx 1400 \ ^{\circ}\text{C}$), но уже достаточно высока для того, чтобы сталь раскалилась докрасна или добела, потеряла свою прочность и начала деформироваться. Существует риск, что ложка разрушится до того, как весь кусочек меди перейдет в жидкое состояние.

Ответ: Кусочки олова и свинца можно расплавить в стальной ложке, так как их температуры плавления ($232 \ ^{\circ}\text{C}$ и $328 \ ^{\circ}\text{C}$ соответственно) значительно ниже температуры плавления стали (около $1400-1500 \ ^{\circ}\text{C}$) и легко достигаются в пламени горелки. Температура плавления меди ($1085 \ ^{\circ}\text{C}$) гораздо выше. Достичь такой температуры в стальной ложке с помощью обычной горелки затруднительно из-за больших потерь тепла в окружающую среду. Кроме того, эта температура уже близка к той, при которой сталь теряет прочность и может начать плавиться.