Номер 142, страница 85, часть 2 - гдз по физике 9 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 2. Материалы для повторения при подготовке к экзамену. 5. Тепловые явления - номер 142, страница 85.

Условие.

142. На рисунке 40 изображён график зависимости температуры $\text{t}$ некоторого вещества, первоначально находившегося в твёрдом состоянии, от переданного ему количества теплоты $\text{Q}$. Скорость передачи количества теплоты в течение всего процесса одинакова. Каким процессам соответствуют участки графика $\text{AB}$, $\text{BC}$ и $\text{CD}$? Чему равна начальная температура вещества? При какой температуре данное вещество плавится? Какое это может быть вещество? Почему участки $\text{AB}$ и $\text{CD}$ имеют разный наклон?

Рис. 40

Решение.

Каким процессам соответствуют участки графика AB, BC и CD?

На графике представлена зависимость температуры вещества от количества переданной ему теплоты.
- Участок AB: температура вещества растет по мере получения теплоты. Так как вещество изначально находилось в твердом состоянии, этот участок соответствует процессу нагревания твердого вещества.
- Участок BC: вещество продолжает получать теплоту (величина Q растет), но его температура остается постоянной. Это характерно для процесса фазового перехода. В данном случае происходит плавление твердого вещества.
- Участок CD: после того как все вещество расплавилось, его температура снова начинает расти при дальнейшем подводе теплоты. Этот участок соответствует процессу нагревания вещества в жидком состоянии.

Ответ: Участок AB – нагревание твердого вещества; участок BC – плавление; участок CD – нагревание жидкости.

Чему равна начальная температура вещества?

Начальная температура вещества соответствует температуре в начальной точке процесса, то есть в точке А. Согласно графику, ордината точки А равна 400 °C.

Ответ: Начальная температура вещества равна 400 °C.

При какой температуре данное вещество плавится?

Процесс плавления происходит при постоянной температуре, что на графике отражено горизонтальным участком BC. Температура, соответствующая этому участку, является температурой плавления. По оси температур этому участку соответствует значение 660 °C. (Предполагая, что одна малая клетка по вертикали равна 20 °C, участок BC находится на три клетки выше отметки 600 °C, то есть 600 + 3*20 = 660 °C).

Ответ: Вещество плавится при температуре 660 °C.

Какое это может быть вещество?

Температура плавления вещества, определенная по графику, составляет 660 °C. Сравнивая это значение с табличными данными температур плавления различных веществ, можно предположить, что это алюминий, температура плавления которого составляет 660,32 °C.

Ответ: Это может быть алюминий.

Почему участки AB и CD имеют разный наклон?

Наклон графика на участках нагревания (AB и CD) характеризует скорость изменения температуры при подводе тепла. Количество теплоты $\text{Q}$, необходимое для нагревания тела массой $\text{m}$ на $\Delta t$ градусов, определяется формулой $Q = cm\Delta t$, где $\text{c}$ – удельная теплоемкость вещества.
Тангенс угла наклона графика к оси Q равен $\frac{\Delta t}{\Delta Q}$. Из формулы для количества теплоты следует, что $\frac{\Delta t}{\Delta Q} = \frac{1}{cm}$.
Поскольку наклон графика обратно пропорционален удельной теплоемкости вещества, разный наклон участков AB (твердое состояние) и CD (жидкое состояние) означает, что удельная теплоемкость вещества в твердом и жидком состояниях различна.
На графике видно, что наклон участка AB больше, чем наклон участка CD. Это означает, что $\frac{1}{c_{тв}m} > \frac{1}{c_{ж}m}$, где $c_{тв}$ – удельная теплоемкость в твердом состоянии, а $c_{ж}$ – в жидком. Отсюда следует, что $c_{тв} < c_{ж}$.

Ответ: Участки AB и CD имеют разный наклон, потому что удельная теплоемкость вещества в твердом состоянии (участок AB) отличается от удельной теплоемкости в жидком состоянии (участок CD).