Номер 5, страница 50 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин, Иванов

5*. Почему при увеличении атмосферного давления повышается температура плавления?

5*. Повышение температуры плавления при увеличении внешнего давления связано с изменением объема вещества в процессе фазового перехода из твердого состояния в жидкое.

Плавление представляет собой разрушение упорядоченной кристаллической решетки твердого тела. Для этого частицам вещества (атомам, молекулам) необходимо сообщить энергию, чтобы они смогли преодолеть силы взаимного притяжения и начать двигаться хаотично, образуя жидкость.

У подавляющего большинства веществ (например, у металлов, парафина) объем при плавлении увеличивается. Это означает, что в жидком состоянии то же количество вещества занимает больше места, чем в твердом. Внешнее давление (в том числе атмосферное) оказывает на вещество сжимающее действие и, следовательно, препятствует его расширению. Чтобы вещество расплавилось при повышенном давлении, его частицам требуется сообщить больше энергии для преодоления не только внутренних сил сцепления, но и внешнего давления, которое мешает расширению. Большая энергия соответствует более высокой температуре.

Следовательно, чем выше внешнее давление, тем больше энергии нужно для плавления, и тем выше становится температура плавления.

Эту зависимость строго описывает уравнение Клапейрона-Клаузиуса:

$ \frac{dT}{dP} = \frac{T(V_ж - V_т)}{L_{пл}} $

где $dT/dP$ — это скорость изменения температуры плавления $T$ с давлением $P$, $L_{пл}$ — удельная теплота плавления, а $V_ж$ и $V_т$ — удельные объемы вещества в жидкой и твердой фазах. Поскольку для большинства веществ объем в жидкой фазе больше, чем в твердой ($V_ж > V_т$), разность $(V_ж - V_т)$ положительна. Все остальные величины в правой части уравнения также положительны, поэтому $dT/dP > 0$. Это математически доказывает, что с ростом давления ($P$) температура плавления ($T$) увеличивается.

Важным исключением является вода. Объем воды при плавлении льда уменьшается ($V_ж < V_т$), поэтому для нее увеличение давления приводит к понижению температуры плавления.

Ответ: Для большинства веществ плавление сопровождается увеличением объема. Повышенное внешнее давление препятствует этому расширению. Чтобы преодолеть это противодействие и разрушить кристаллическую решетку, веществу требуется сообщить дополнительную энергию, что соответствует более высокой температуре плавления.