1. Очистка в нашей жизни, страница 81 - гдз по физике 8 класс учебник Закирова, Аширов

1. Очистка воды замораживанием

Питьевая вода в квартиры приходит после очистных сооружений, водопроводных труб и хлорирования. В составе обыкновенной водопроводной воды есть примеси тяжелой воды, которая замерзает при температуре $3,8 \text{ °C}$. Вода, содержащая органические соединения, ядохимикаты, замерзает при $-7 \text{ °С}$. Чистая вода замерзает при температуре $0 \text{ °С}$. Различие температур кристаллизации позволяет очистить воду замораживанием. Сначала нужно дождаться, пока заморозится тяжелая вода, слить очищенную, лёд выбросить, снова поставить воду в холод, дождаться замораживания чистой жидкости. Ту часть, которая не заморозилась, вылить. Попадая в организм, молекулы растаявшего льда оказывают благотворное влияние на все органы человека.

Задание

Помогая отцу, Арсен поставил ведро с питьевой водой в строящемся доме. Ночью температура воздуха упала до $-6 \text{ °С}$. Утром, вылив воду, он поставил ведро со льдом на разогретую плиту. Какой график соответствует происходящему процессу? Почему Арсен вылил воду, которая не превратилась в лед?

Какой график соответствует происходящему процессу?

Проанализируем процесс, описанный в задании, и сопоставим его с графиками.

1. Изначально ведро со льдом находилось на улице, где температура воздуха была $-6 °С$. Следовательно, начальная температура льда, который Арсен поставил на плиту, равна $-6 °С$. График должен начинаться с точки на оси температур, равной $-6$. Этому условию соответствуют графики а), в) и г).

2. Когда лед помещают на разогретую плиту, он начинает получать тепло. Сначала лед нагревается от начальной температуры $-6 °С$ до температуры плавления. Согласно тексту, чистая вода замерзает (и, соответственно, тает) при температуре $0 °С$. На графике этот процесс изображается в виде наклонной прямой, идущей от $-6 °С$ до $0 °С$.

3. Достигнув температуры $0 °С$, лед начинает плавиться. Во время всего процесса плавления температура системы "лед-вода" остается постоянной и равной $0 °С$, пока весь лед не превратится в воду. На графике этот процесс изображается горизонтальным участком (плато) на уровне $0 °С$.

4. После того как весь лед растает, получившаяся вода при $0 °С$ будет продолжать нагреваться. На графике это будет выглядеть как еще один наклонный участок, начинающийся от $0 °С$ и идущий вверх.

Этим трем последовательным этапам (нагревание льда от $-6 °С$ до $0 °С$, плавление льда при $0 °С$ и последующее нагревание воды) полностью соответствует только график а).

График б) неверный, так как процесс начинается с $0 °С$, а не с $-6 °С$. График в) неверный, так как в нем отсутствует этап нагревания льда до температуры плавления. График г) неверный, так как на нем отсутствует этап плавления при постоянной температуре (плато), что означало бы, что вещество не имеет фазового перехода, а это не так.

Ответ: Происходящему процессу соответствует график а).

Почему Арсен вылил воду, которая не превратилась в лед?

В исходном тексте говорится, что вода, содержащая примеси (органические соединения, ядохимикаты), замерзает при более низкой температуре, около $-7 °С$. Чистая вода замерзает при $0 °С$.

Ночью температура опустилась до $-6 °С$. Эта температура ниже температуры замерзания чистой воды ($0 °С$), но выше температуры замерзания воды с вредными примесями ($-7 °С$).

Таким образом, за ночь в лед превратилась в основном чистая вода, в то время как вода, содержащая вредные примеси, осталась в жидком состоянии. Арсен вылил эту незамерзшую воду, чтобы избавиться от примесей и получить более чистый лед (который при таянии даст чистую воду). Это один из способов очистки воды, описанный в условии задачи.

Ответ: Арсен вылил воду, которая не превратилась в лед, потому что в этой воде осталась большая часть вредных примесей, так как температура их замерзания (около $-7 °С$) не была достигнута.