Номер 7, страница 113 - гдз по физике 8 класс учебник Пурышева, Важеевская

Глава 4. Изменение агрегатных состояний вещества. Параграф 28. Плавление и отвердевание кристаллических веществ. Задание 27 - номер 7, страница 113.

Условие.

7_э. Выполните опыт. Заморозьте в холодильнике воду. Получившийся кусок льда раздробите и положите в стакан. Наблюдайте за изменением состояния льда и измеряйте температуру. Отмечайте значения температуры через равные промежутки времени. Запишите данные в таблицу. Постройте график зависимости температуры льда в стакане от времени его нагревания. Если у вас есть весы, то предварительно взвесьте кусок льда и рассчитайте количество теплоты, которое получит лёд при плавлении.

Решение.

Описание опыта и наблюдений

1. Для проведения опыта необходимо заморозить некоторое количество воды в морозильной камере холодильника. Температура в бытовой морозильной камере обычно составляет около -18°C.

2. Полученный кусок льда следует извлечь из морозильной камеры, раздробить на более мелкие части и поместить в стакан. В стакан также нужно поместить термометр для измерения температуры.

3. Наблюдения за состоянием и температурой льда в стакане при комнатной температуре (например, 20-25°C) покажут следующие процессы:

- Нагревание льда: Сразу после помещения в стакан, температура льда начнет повышаться от начальной отрицательной температуры до 0°C. Лед при этом остается в твердом состоянии. Этот процесс происходит за счет теплообмена с окружающим воздухом и стенками стакана.

- Плавление льда: Когда температура льда достигнет 0°C, он начнет таять, превращаясь в воду. Важнейшее наблюдение на этом этапе заключается в том, что температура смеси льда и воды будет оставаться постоянной и равной 0°C до тех пор, пока весь лед не растает. Вся поступающая извне теплота будет расходоваться не на повышение температуры, а на разрушение кристаллической решетки льда (фазовый переход).

- Нагревание воды: После того как весь лед растает, получившаяся вода, имеющая температуру 0°C, начнет нагреваться. Ее температура будет постепенно повышаться, стремясь к комнатной температуре.

Ответ: В ходе опыта наблюдаются три последовательных процесса: нагревание льда до 0°C, плавление льда при постоянной температуре 0°C и последующее нагревание образовавшейся воды.

Таблица измерений

Для записи данных необходимо измерять температуру через равные промежутки времени, например, каждые 2 минуты. Ниже приведен пример такой таблицы, где начальная температура льда была -10°C.

Время, $\text{t}$ (мин)	Температура, $\text{T}$ (°C)
0	-10
2	-5
4	0
6	0
8	0
10	0
12	0
14	5
16	10

Ответ: Данные измерений температуры со временем заносятся в таблицу, которая отражает три этапа процесса: нагрев льда, плавление и нагрев воды.

График зависимости температуры от времени

На основе данных из таблицы строится график, где по горизонтальной оси (оси абсцисс) откладывается время $\text{t}$ в минутах, а по вертикальной оси (оси ординат) — температура $\text{T}$ в градусах Цельсия.

График будет состоять из трех участков:

1. Участок нагревания льда (от $t=0$ до $t=4$ мин в нашем примере): Наклонная прямая, идущая вверх. Температура линейно (приблизительно) растет от -10°C до 0°C.

2. Участок плавления льда (от $t=4$ до $t=12$ мин): Горизонтальный участок (плато) на уровне $T=0°C$. Температура не меняется, пока весь лед не растает. Длительность этого участка зависит от массы льда и скорости подвода тепла.

3. Участок нагревания воды (от $t=12$ мин и далее): Снова наклонная прямая, идущая вверх. Температура воды растет от 0°C. Угол наклона этой прямой, как правило, меньше, чем у первой, так как удельная теплоемкость воды больше удельной теплоемкости льда, и при той же мощности подвода тепла вода нагревается медленнее.

Ответ: График зависимости температуры от времени нагревания льда представляет собой ломаную линию, состоящую из участка роста температуры (нагрев льда), горизонтального участка (плавление) и второго участка роста температуры (нагрев воды).

Расчет количества теплоты, полученного льдом при плавлении

Если предварительно взвесить лед, можно рассчитать количество теплоты, необходимое для его плавления. Допустим, масса льда составила 100 г.

Дано:

Масса льда, $m = 100 \text{ г}$
Удельная теплота плавления льда (табличное значение), $\lambda = 3,3 \cdot 10^5 \frac{\text{Дж}}{\text{кг}}$

Перевод в систему СИ:
$m = 100 \text{ г} = 0,1 \text{ кг}$

Найти:

Количество теплоты для плавления, $\text{Q}$ - ?

Решение:

Количество теплоты, необходимое для плавления тела, взятого при температуре плавления, вычисляется по формуле:

$Q = \lambda \cdot m$

Подставим числовые значения в формулу:

$Q = 3,3 \cdot 10^5 \frac{\text{Дж}}{\text{кг}} \cdot 0,1 \text{ кг} = 33000 \text{ Дж} = 33 \text{ кДж}$

Ответ: для плавления 100 г льда, взятого при температуре 0°C, потребуется 33 кДж теплоты.