Страница 54 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин, Иванов

1. На что расходуется энергия топлива при плавлении нагретого до температуры плавления кристаллического тела?

1. Когда кристаллическое тело нагрето до температуры плавления, его частицы (атомы, молекулы или ионы) уже обладают максимальной для твердого состояния кинетической энергией. Они совершают колебательные движения около положений равновесия в узлах кристаллической решетки.

Дальнейшее поступление энергии от сгорания топлива не приводит к увеличению температуры, а следовательно, и к росту средней кинетической энергии частиц. Вместо этого вся подводимая энергия расходуется на разрушение самой кристаллической решетки. Эта энергия идет на совершение работы против сил межмолекулярного притяжения, которые удерживают частицы в строго упорядоченном состоянии. В результате увеличивается потенциальная энергия взаимодействия частиц, связи между ними ослабевают, и тело переходит из твердого агрегатного состояния в жидкое. В жидком состоянии частицы уже не привязаны к определенным точкам и могут свободно перемещаться по всему объему.

Ответ: Энергия топлива при плавлении кристаллического тела, уже нагретого до температуры плавления, расходуется на разрушение его кристаллической решетки и переход вещества из твердого состояния в жидкое.

2. Этот подпункт, скорее всего, относится к понятию удельной теплоты плавления, так как оно напрямую связано с первым вопросом.

Удельная теплота плавления — это физическая величина, которая показывает, какое количество теплоты необходимо сообщить 1 кг кристаллического вещества, находящегося при температуре плавления, чтобы полностью перевести его в жидкое состояние. Обозначается греческой буквой $λ$ (лямбда). Единица измерения в системе СИ — джоуль на килограмм (Дж/кг).

Количество теплоты $Q$, необходимое для плавления тела массой $m$, вычисляется по формуле:

$Q = λ \cdot m$

Соответственно, удельную теплоту плавления можно найти как:

$λ = \frac{Q}{m}$

Удельная теплота плавления является характеристикой вещества. Чем она больше, тем больше энергии требуется для разрушения кристаллической решетки данного вещества и его плавления.

Ответ: Удельная теплота плавления показывает, какое количество теплоты требуется для превращения 1 кг кристаллического вещества, взятого при температуре плавления, в жидкость.

2. Что показывает удельная теплота плавления?

1. Когда кристаллическое тело уже нагрето до своей температуры плавления, дальнейшее поступление энергии (например, от сгорания топлива) не приводит к увеличению его температуры. Это связано с тем, что вся подводимая энергия расходуется не на увеличение средней кинетической энергии частиц вещества (которая и определяет температуру), а на разрушение его кристаллической структуры. Частицы в кристаллической решетке прочно связаны друг с другом. Чтобы перевести вещество в жидкое состояние, эти связи необходимо ослабить или разорвать. Энергия идет на преодоление сил межмолекулярного притяжения и на увеличение потенциальной энергии частиц, что позволяет им покинуть фиксированные положения в узлах решетки и начать двигаться более свободно. Таким образом, происходит фазовый переход из твердого состояния в жидкое при постоянной температуре.

Ответ: Энергия расходуется на разрушение кристаллической решетки вещества, то есть на совершение работы против сил межмолекулярного притяжения, что приводит к переходу вещества из твердого агрегатного состояния в жидкое.

2. Удельная теплота плавления — это физическая величина, которая является характеристикой конкретного вещества. Она показывает, какое количество теплоты необходимо сообщить телу массой 1 кг, предварительно нагретому до температуры плавления, чтобы полностью перевести его из твердого состояния в жидкое. Обозначается удельная теплота плавления обычно греческой буквой $\lambda$ (лямбда). Зная эту величину для вещества и его массу $m$, можно рассчитать общее количество теплоты $Q$, необходимое для его плавления, по формуле: $Q = \lambda \cdot m$.

Ответ: Удельная теплота плавления показывает, какое количество теплоты требуется для полного плавления 1 кг кристаллического вещества при его температуре плавления.

3. Единица измерения удельной теплоты плавления выводится из определяющей ее формулы $\lambda = \frac{Q}{m}$. В Международной системе единиц (СИ) количество теплоты $Q$ измеряется в джоулях (Дж), а масса $m$ — в килограммах (кг). Соответственно, единицей удельной теплоты плавления в СИ является джоуль на килограмм.

Ответ: Единица удельной теплоты плавления в СИ — Дж/кг (джоуль на килограмм).

3. Какова единица удельной теплоты плавления?

3. Какова единица удельной теплоты плавления?

Удельная теплота плавления — это физическая величина, показывающая, какое количество теплоты $Q$ необходимо для полного превращения 1 кг кристаллического вещества в жидкость при температуре плавления. Обозначается греческой буквой $\lambda$ (лямбда).

Для нахождения единицы измерения удельной теплоты плавления воспользуемся её определяющей формулой: $ \lambda = \frac{Q}{m} $

В Международной системе единиц (СИ):

• Количество теплоты $Q$ измеряется в Джоулях (Дж).
• Масса $m$ измеряется в килограммах (кг).

Подставляя единицы измерения в формулу, получаем единицу измерения для удельной теплоты плавления: $ [\lambda] = \frac{Дж}{кг} $

Таким образом, основной единицей удельной теплоты плавления в системе СИ является джоуль на килограмм. На практике также могут использоваться кратные единицы, например, килоджоуль на килограмм (кДж/кг) или мегаджоуль на килограмм (МДж/кг).

Ответ: Единица удельной теплоты плавления в системе СИ — джоуль на килограмм (Дж/кг).

4. Как рассчитать количество теплоты, необходимое для плавления вещества?

Количество теплоты $Q$, необходимое для плавления кристаллического вещества массой $m$, которое уже находится при температуре плавления, рассчитывается по специальной формуле. Эта формула связывает количество теплоты с массой тела и особой характеристикой вещества — его удельной теплотой плавления $\lambda$.

Формула для расчёта имеет следующий вид: $ Q = \lambda \cdot m $ где:

• $Q$ — количество теплоты, необходимое для плавления, измеряется в джоулях (Дж).
• $\lambda$ — удельная теплота плавления вещества. Это постоянная для каждого конкретного вещества величина, которую находят в специальных физических таблицах. Она измеряется в джоулях на килограмм (Дж/кг).
• $m$ — масса плавящегося вещества, измеряется в килограммах (кг).

Для проведения расчёта необходимо значение удельной теплоты плавления $\lambda$ для данного вещества умножить на массу $m$ этого вещества. Следует учесть, что данная формула применима только для самого процесса плавления (фазового перехода), без учёта энергии, которая могла быть затрачена на нагрев тела до температуры плавления.

Ответ: Количество теплоты $Q$, необходимое для плавления вещества, рассчитывается по формуле $Q = \lambda \cdot m$, где $\lambda$ — удельная теплота плавления, а $m$ — масса вещества.

4. Как рассчитать количество теплоты, необходимое для плавления тела или выделившееся при кристаллизации тела, взятого при температуре плавления?

4. Количество теплоты, которое необходимо, чтобы расплавить кристаллическое тело, уже находящееся при температуре плавления, или количество теплоты, которое выделяется при его кристаллизации, рассчитывается по следующей формуле:

$Q = \lambda \cdot m$

В этой формуле:

• $Q$ — искомое количество теплоты. Оно измеряется в Джоулях (Дж). При плавлении это количество теплоты поглощается телом, а при кристаллизации — выделяется им.
• $\lambda$ (греческая буква «лямбда») — удельная теплота плавления вещества. Это физическая величина, которая показывает, какое количество теплоты необходимо сообщить 1 кг вещества, взятого при температуре плавления, чтобы полностью перевести его из твёрдого состояния в жидкое. Это постоянная величина для каждого конкретного вещества, и её значение можно найти в физических таблицах. Единица измерения — Дж/кг.
• $m$ — масса тела, которое плавится или кристаллизуется. Измеряется в килограммах (кг).

Важно подчеркнуть, что эта формула применяется именно для процесса фазового перехода (плавления или кристаллизации), который происходит при постоянной температуре — температуре плавления. Если тело изначально имеет температуру ниже температуры плавления, то для полного расчёта потребуется также учесть теплоту, необходимую для его нагревания до точки плавления.

Процесс кристаллизации является обратным плавлению. Тело выделяет ровно столько же энергии при затвердевании, сколько поглотило при плавлении. Поэтому для расчёта выделившейся при кристаллизации теплоты используется та же самая формула.

Ответ: Количество теплоты ($Q$), необходимое для плавления тела массой $m$ (или выделившееся при его кристаллизации), взятого при температуре плавления, рассчитывается по формуле $Q = \lambda \cdot m$, где $\lambda$ — удельная теплота плавления данного вещества.

1. Чтобы лёд в тёплой комнате быстрее растаял, мальчик укутал его ватой. Правильно ли он поступил?

1. Мальчик поступил неправильно. Его действие приведёт к прямо противоположному результату — лёд будет таять медленнее.

Процесс таяния льда требует постоянного притока энергии (теплоты) из окружающей среды. В тёплой комнате источником этой теплоты является воздух. Чем интенсивнее происходит теплообмен между воздухом и льдом, тем быстрее лёд тает. Чтобы ускорить таяние, нужно увеличить скорость передачи тепла ко льду.

Вата является теплоизолятором. Её низкая теплопроводность объясняется тем, что между её волокнами содержится много воздуха, который плохо проводит тепло. Создавая шубу или одеяло из ваты, мы используем это свойство для сохранения тепла (например, чтобы согреться зимой) или холода (в холодильных сумках).

Укутав лёд в вату, мальчик создал теплоизолирующий слой, который замедлил передачу тепла от тёплого воздуха комнаты ко льду. В результате лёд стал получать меньше тепловой энергии в единицу времени и, как следствие, его таяние замедлилось. Чтобы лёд растаял быстрее, его следовало бы, наоборот, поместить на предмет с высокой теплопроводностью (например, на металлическую тарелку) или увеличить площадь контакта с тёплым воздухом (например, расколоть на мелкие кусочки).

Ответ: Мальчик поступил неправильно.

2. Что будет дольше плавиться — лёд или сталь, взятые при температуре плавления, если их массы и количества теплоты, подводимые в единицу времени, одинаковы?

Дано:

Два тела: лёд и сталь.

$m_{л} = m_{с} = m$ (массы льда и стали одинаковы)

Тела находятся при своих температурах плавления.

$P_{л} = P_{с} = P$ (мощность подвода теплоты одинакова, т.е. количество теплоты, подводимое в единицу времени, одинаково).

Справочные данные:

Удельная теплота плавления льда: $\lambda_{л} = 3.3 \cdot 10^5 \frac{Дж}{кг}$

Удельная теплота плавления стали: $\lambda_{с} \approx 0.84 \cdot 10^5 \frac{Дж}{кг}$ (значение для стали может варьироваться в зависимости от марки, но в любом случае оно значительно меньше, чем у льда).

Найти:

Сравнить время плавления льда $t_{л}$ и стали $t_{с}$.

Решение:

Процесс плавления происходит при постоянной температуре (температуре плавления). Количество теплоты $Q$, которое необходимо сообщить телу массой $m$ для его полного плавления, определяется по формуле: $$Q = \lambda \cdot m$$ где $\lambda$ — удельная теплота плавления вещества.

Для полного плавления льда потребуется количество теплоты: $$Q_{л} = \lambda_{л} \cdot m$$ Для полного плавления стали потребуется количество теплоты: $$Q_{с} = \lambda_{с} \cdot m$$

По условию, количество теплоты, подводимое к телам в единицу времени, одинаково. Это означает, что мощность нагревателей $P$ одинакова. Мощность связана с количеством теплоты $Q$ и временем $t$ соотношением: $$P = \frac{Q}{t}$$ Из этой формулы можно выразить время, за которое подводится теплота $Q$: $$t = \frac{Q}{P}$$

Таким образом, время, необходимое для плавления льда и стали, равно: $$t_{л} = \frac{Q_{л}}{P} = \frac{\lambda_{л} \cdot m}{P}$$ $$t_{с} = \frac{Q_{с}}{P} = \frac{\lambda_{с} \cdot m}{P}$$

Чтобы сравнить время плавления $t_{л}$ и $t_{с}$, необходимо сравнить величины, от которых они зависят. Так как по условию масса $m$ и мощность $P$ одинаковы для обоих случаев, время плавления $t$ прямо пропорционально удельной теплоте плавления $\lambda$.

Сравним удельные теплоты плавления льда и стали, используя справочные данные: $$\lambda_{л} = 3.3 \cdot 10^5 \frac{Дж}{кг}$$ $$\lambda_{с} \approx 0.84 \cdot 10^5 \frac{Дж}{кг}$$ Очевидно, что $\lambda_{л} > \lambda_{с}$.

Поскольку удельная теплота плавления льда больше, чем у стали, для плавления одинаковой массы льда потребуется большее количество теплоты ($Q_{л} > Q_{с}$). Так как теплота подводится с одинаковой скоростью (мощностью), то на плавление льда уйдёт больше времени. $$t_{л} > t_{с}$$

Ответ: Лёд будет плавиться дольше, чем сталь.

3. Как изменилась бы ситуация с весенними паводками, если бы удельная теплота плавления льда стала бы такой же, как у свинца?

3. Дано:

Удельная теплота плавления льда (реальная): $ \lambda_{льда} = 3,3 \cdot 10^5 \frac{Дж}{кг} $

Удельная теплота плавления свинца (гипотетическая для льда): $ \lambda_{свинца} = 2,5 \cdot 10^4 \frac{Дж}{кг} $

Найти:

Как изменится ситуация с весенними паводками?

Решение:

Весенние паводки возникают из-за таяния больших масс снега и льда, накопившихся за зиму. Процесс таяния (плавления) требует подвода определенного количества теплоты. Количество теплоты $Q$, необходимое для плавления тела массой $m$, находящегося при температуре плавления, определяется формулой:$Q = \lambda \cdot m$где $ \lambda $ — удельная теплота плавления вещества.

Сравним удельную теплоту плавления льда и свинца.$ \frac{\lambda_{льда}}{\lambda_{свинца}} = \frac{3,3 \cdot 10^5 \frac{Дж}{кг}}{2,5 \cdot 10^4 \frac{Дж}{кг}} \approx 13,2 $Это означает, что для плавления 1 кг льда требуется примерно в 13 раз больше энергии (теплоты), чем потребовалось бы для плавления 1 кг гипотетического "свинцового льда".

В реальных условиях высокая удельная теплота плавления льда играет роль природного регулятора. Она заставляет процесс таяния снега и льда происходить медленно и постепенно, так как для этого требуется большое количество тепла от солнца и теплого воздуха. Таяние растягивается на несколько недель.

Если бы удельная теплота плавления льда стала такой же, как у свинца (то есть в 13 раз меньше), то то же самое количество весеннего тепла растапливало бы снег и лед в 13 раз быстрее. Это привело бы к очень быстрому, почти мгновенному сходу талых вод. Огромное количество воды за короткий промежуток времени устремилось бы в реки, что вызвало бы резкий и очень высокий подъем уровня воды.

Таким образом, паводки стали бы гораздо более интенсивными, внезапными и разрушительными. Вместо постепенного половодья мы бы наблюдали катастрофические наводнения.

Ответ: Если бы удельная теплота плавления льда стала такой же, как у свинца (т.е. уменьшилась бы примерно в 13 раз), то для таяния снега и льда весной потребовалось бы значительно меньше теплоты. Это привело бы к очень быстрому, практически взрывному таянию. Огромные массы воды за короткое время поступали бы в реки, вызывая катастрофические, гораздо более сильные и разрушительные весенние паводки.