Номер 2, страница 44 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин, Иванов

2. Как превратить металл в жидкость?

Чтобы превратить металл из твердого состояния в жидкое, его необходимо подвергнуть процессу, который в физике называется плавлением. Плавление — это фазовый переход вещества из твёрдого кристаллического состояния в жидкое.

Решение

С точки зрения физики, для превращения металла в жидкость необходимо совершить два последовательных шага, связанных с передачей ему тепловой энергии.

1. Нагревание до температуры плавления.

В твердом состоянии атомы металла упорядочены и образуют кристаллическую решетку. Они не неподвижны, а совершают колебательные движения около своих положений равновесия. Чтобы расплавить металл, ему необходимо сообщить энергию, как правило, в виде теплоты. При нагревании внутренняя энергия металла увеличивается, что приводит к увеличению амплитуды колебаний атомов. Температура тела при этом растет. Количество теплоты $Q_1$, необходимое для нагрева металла до температуры плавления, рассчитывается по формуле:

$Q_1 = c \cdot m \cdot (T_{пл} - T_{нач})$

где $m$ – масса металла, $c$ – его удельная теплоемкость, $T_{нач}$ – начальная температура, а $T_{пл}$ – температура плавления.

2. Процесс плавления.

Когда температура всего металла достигает значения $T_{пл}$, дальнейший подвод энергии перестает идти на увеличение температуры. Вместо этого вся подводимая энергия расходуется на разрушение кристаллической решетки. Связи между атомами ослабевают и рвутся, и атомы получают возможность свободно перемещаться друг относительно друга, теряя дальний порядок, но сохраняя ближний. Вещество переходит в жидкое агрегатное состояние. Весь процесс плавления происходит при постоянной температуре – температуре плавления.

Количество теплоты $Q_2$, необходимое для полного расплавления металла, уже нагретого до температуры плавления, вычисляется по формуле:

$Q_2 = \lambda \cdot m$

где $\lambda$ – удельная теплота плавления металла.

Таким образом, для полного превращения твердого куска металла в жидкость необходимо затратить общее количество теплоты $Q = Q_1 + Q_2$.

Каждый металл имеет свою уникальную температуру плавления. Например:

Олово (Sn): $232 \,^{\circ}\text{C}$

Свинец (Pb): $327 \,^{\circ}\text{C}$

Алюминий (Al): $660 \,^{\circ}\text{C}$

Медь (Cu): $1083 \,^{\circ}\text{C}$

Железо (Fe): $1538 \,^{\circ}\text{C}$

Вольфрам (W): $3422 \,^{\circ}\text{C}$

Существуют также металлы, которые являются жидкими при комнатной или близкой к ней температуре. Самый известный пример – ртуть (Hg), температура плавления которой составляет $-38.8 \,^{\circ}\text{C}$. Другой пример – галлий (Ga), который плавится при температуре $29.8 \,^{\circ}\text{C}$, то есть может расплавиться даже от тепла человеческой руки.

Ответ: Чтобы превратить металл в жидкость, его необходимо нагреть до температуры плавления, а затем сообщить ему дополнительное количество энергии (теплоту плавления) для разрушения его кристаллической структуры и перехода в жидкое состояние.