Номер 3, страница 59 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин

3. Почему при плавлении льда и отвердевании воды их температура не меняется?

Почему при плавлении льда и отвердевании воды их температура не меняется?

Решение

Температура вещества является мерой средней кинетической энергии его молекул. То есть, чем быстрее движутся молекулы, тем выше температура. Однако при фазовых переходах, таких как плавление и отвердевание (кристаллизация), ситуация меняется.

В процессе плавления или отвердевания вся получаемая или отдаваемая веществом энергия идёт не на изменение скорости движения молекул, а на изменение их взаимного расположения и сил взаимодействия, то есть на изменение их потенциальной энергии.

Рассмотрим оба процесса подробнее:

1. Плавление льда.

Когда лёд, имеющий температуру 0°C, получает тепло извне, эта энергия не увеличивает скорость колебания молекул воды в кристаллической решётке. Вместо этого вся энергия расходуется на разрушение этой жёсткой кристаллической структуры. Молекулы освобождаются от прочных связей и получают возможность двигаться более свободно, что характерно для жидкого состояния. Этот процесс требует поглощения определённого количества энергии, которое называется теплотой плавления. Количество теплоты $ Q $, необходимое для плавления массы $ m $, равно $ Q = \lambda m $, где $ \lambda $ — удельная теплота плавления льда. Пока весь лёд не превратится в воду, температура смеси льда и воды будет оставаться постоянной и равной 0°C.

2. Отвердевание (кристаллизация) воды.

Это процесс, обратный плавлению. Когда жидкая вода охлаждается до 0°C, для её превращения в лёд необходимо отводить тепло. В процессе замерзания молекулы воды замедляют своё движение и начинают выстраиваться в упорядоченную кристаллическую решётку. При образовании связей между молекулами выделяется энергия — та самая, что была поглощена при плавлении. Эта энергия (теплота кристаллизации) отводится в окружающую среду. Пока вся вода не замёрзнет, её температура будет оставаться постоянной и равной 0°C, так как выделяющаяся энергия компенсирует охлаждение.

Таким образом, постоянство температуры при плавлении и отвердевании объясняется тем, что вся энергия тратится на изменение внутреннего строения вещества (фазовый переход), а не на изменение кинетической энергии его частиц.

Ответ: При плавлении и отвердевании температура не меняется, потому что вся подводимая (при плавлении) или отводимая (при отвердевании) энергия расходуется на изменение агрегатного состояния вещества — на разрушение или образование связей в кристаллической решётке, — а не на изменение средней кинетической энергии его молекул, которая и определяет температуру.