Номер 1, страница 50 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин, Иванов

УПРАЖНЕНИЕ 13

1. Почему не меняется температура воды, пока вся она не затвердеет?

1. Почему не меняется температура воды, пока вся она не затвердеет?

Температура вещества является мерой средней кинетической энергии его частиц (молекул). Когда мы отводим тепло от воды, ее температура понижается, так как молекулы движутся медленнее. Однако, когда вода достигает своей температуры замерзания (0 °C при нормальном атмосферном давлении), начинается процесс кристаллизации, или затвердевания.

Процесс затвердевания — это фазовый переход из жидкого состояния в твердое. Во время этого перехода происходит следующее:

• Молекулы воды, которые в жидком состоянии двигались относительно свободно и хаотично, начинают выстраиваться в упорядоченную структуру — кристаллическую решетку льда. Для этого между ними должны образоваться прочные межмолекулярные связи (водородные связи).
• Образование этих связей сопровождается выделением энергии. Эта энергия называется удельной теплотой кристаллизации. Для воды она составляет примерно $3,3 \cdot 10^5 \text{ Дж/кг}$. Количество теплоты, выделяющееся при кристаллизации, рассчитывается по формуле $Q = \lambda m$, где $\lambda$ — удельная теплота кристаллизации, а $m$ — масса затвердевшей воды.
• Вся энергия, которая отводится от воды в процессе замерзания, идет не на понижение ее температуры (то есть не на уменьшение кинетической энергии молекул), а компенсируется энергией, которая выделяется при образовании кристаллической решетки (то есть идет на изменение потенциальной энергии взаимодействия молекул).

Таким образом, пока в системе присутствует и жидкая вода, и лед, температура этой смеси остается постоянной и равной 0 °C. Отводимое от системы тепло полностью уравновешивается выделяющимся при кристаллизации теплом. Только после того, как вся вода превратится в лед, дальнейшее отведение тепла приведет к понижению температуры уже твердого льда.

Ответ: Температура воды не меняется в процессе затвердевания, потому что вся отводимая от нее энергия (теплота) расходуется на изменение агрегатного состояния — переход из жидкости в твердое тело (лед). Этот процесс сопровождается образованием связей между молекулами и выделением так называемой теплоты кристаллизации, которая компенсирует потерю тепла в окружающую среду, поддерживая температуру постоянной на уровне 0 °C до полного замерзания всей массы воды.