Номер 165, страница 28 - гдз по физике 8 класс сборник задач Исаченкова, Слесарь

Для построения графиков зависимости температуры вещества от времени необходимо учитывать следующие физические процессы. При постоянной мощности подвода или отвода тепла:

1. Нагревание или охлаждение вещества в одном агрегатном состоянии (твердом, жидком или газообразном) приводит к изменению его температуры. На графике этот процесс изображается наклонным отрезком прямой. Угол наклона зависит от теплоемкости вещества: чем меньше теплоемкость, тем быстрее изменяется температура и тем круче идет график.

2. Фазовый переход (плавление, кристаллизация, кипение, конденсация) происходит при постоянной температуре, называемой температурой фазового перехода. На графике этот процесс изображается горизонтальным отрезком прямой. Длина этого участка зависит от удельной теплоты фазового перехода и массы вещества.

Решение

а) вода (при температуре $t_1 = 25$ °C) → лед (при температуре $t_2 = 0,0$ °C)

Процесс состоит из двух этапов. Сначала вода охлаждается от начальной температуры $t_1 = 25$ °C до температуры кристаллизации (замерзания), которая для воды составляет $\text{0}$ °C. Затем вода при постоянной температуре $\text{0}$ °C превращается в лед. Процесс завершается, когда вся вода замерзнет.

График зависимости температуры $\text{T}$ от времени $\text{t}$ будет состоять из двух участков:

1. Наклонный отрезок, показывающий охлаждение воды с $\text{25}$ °C до $\text{0}$ °C. Температура линейно убывает со временем.

2. Горизонтальный отрезок при температуре $T = 0$ °C, соответствующий процессу кристаллизации воды. В течение этого времени температура не меняется, пока вся вода не превратится в лед.

Ответ: График представляет собой ломаную линию, состоящую из наклонного отрезка, идущего вниз от $\text{25}$ °C до $\text{0}$ °C, и последующего горизонтального отрезка при $\text{0}$ °C.

б) вода (при температуре $t_1 = 15$ °C) → лед (при температуре $t_2 = -20$ °C)

Этот процесс включает три этапа. Сначала вода охлаждается от $\text{15}$ °C до температуры замерзания $\text{0}$ °C. Затем при $\text{0}$ °C происходит кристаллизация воды в лед. После того как вся вода замерзнет, полученный лед охлаждается от $\text{0}$ °C до конечной температуры $-20$ °C.

График зависимости температуры $\text{T}$ от времени $\text{t}$ будет состоять из трех участков:

1. Наклонный отрезок, показывающий охлаждение воды с $\text{15}$ °C до $\text{0}$ °C.

2. Горизонтальный отрезок при $T = 0$ °C, соответствующий процессу кристаллизации.

3. Наклонный отрезок, показывающий охлаждение льда с $\text{0}$ °C до $-20$ °C. Удельная теплоемкость льда ($c_{льда} \approx 2100$ Дж/(кг·°C)) примерно в два раза меньше удельной теплоемкости воды ($c_{воды} \approx 4200$ Дж/(кг·°C)), поэтому при одинаковой мощности отвода тепла лед будет остывать быстрее. Следовательно, третий участок графика будет круче (иметь больший наклон), чем первый.

Ответ: График представляет собой ломаную линию из трех участков: наклонный отрезок от $\text{15}$ °C до $\text{0}$ °C, горизонтальный отрезок при $\text{0}$ °C и более крутой наклонный отрезок от $\text{0}$ °C до $-20$ °C.

в) лед (при температуре $t_1 = 0,0$ °C) → вода (при температуре $t_2 = 60$ °C)

Процесс состоит из двух этапов. Сначала лед, находящийся при температуре плавления $\text{0}$ °C, тает, превращаясь в воду. Затем полученная вода нагревается от $\text{0}$ °C до конечной температуры $\text{60}$ °C.

График зависимости температуры $\text{T}$ от времени $\text{t}$ будет состоять из двух участков:

1. Горизонтальный отрезок при температуре $T = 0$ °C, соответствующий процессу плавления льда.

2. Наклонный отрезок, показывающий нагревание воды с $\text{0}$ °C до $\text{60}$ °C. Температура линейно возрастает со временем.

Ответ: График представляет собой ломаную линию, состоящую из горизонтального отрезка при $\text{0}$ °C и последующего наклонного отрезка, идущего вверх до $\text{60}$ °C.

г) лед (при температуре $t_1 = -10$ °C) → вода (при температуре $t_2 = 30$ °C)

Этот процесс включает три этапа. Сначала лед нагревается от $-10$ °C до температуры плавления $\text{0}$ °C. Затем при $\text{0}$ °C лед тает, превращаясь в воду. После этого вода нагревается от $\text{0}$ °C до конечной температуры $\text{30}$ °C.

График зависимости температуры $\text{T}$ от времени $\text{t}$ будет состоять из трех участков:

1. Наклонный отрезок, показывающий нагревание льда с $-10$ °C до $\text{0}$ °C.

2. Горизонтальный отрезок при $T = 0$ °C, соответствующий процессу плавления.

3. Наклонный отрезок, показывающий нагревание воды с $\text{0}$ °C до $\text{30}$ °C. Так как удельная теплоемкость льда меньше удельной теплоемкости воды, при одинаковой мощности подвода тепла лед будет нагреваться быстрее. Поэтому первый участок графика будет круче, чем третий.

Ответ: График представляет собой ломаную линию из трех участков: крутой наклонный отрезок от $-10$ °C до $\text{0}$ °C, горизонтальный отрезок при $\text{0}$ °C и менее крутой наклонный отрезок от $\text{0}$ °C до $\text{30}$ °C.

д) свинец (при температуре $t_1 = 100$ °C) → свинец (при температуре $t_2 = 240$ °C)

Для решения необходимо знать температуру плавления свинца, которая составляет $t_{пл} \approx 327.5$ °C. Начальная температура свинца ($100$ °C) и конечная температура ($240$ °C) находятся ниже точки плавления. Это означает, что фазового перехода не происходит, свинец остается в твердом состоянии на протяжении всего процесса. Происходит только нагревание твердого свинца.

График зависимости температуры $\text{T}$ от времени $\text{t}$ будет состоять из одного участка:

1. Наклонный отрезок прямой, показывающий нагревание твердого свинца от $100$ °C до $240$ °C.

Ответ: График представляет собой один наклонный отрезок прямой, идущий вверх от $100$ °C до $240$ °C.

е) ртуть (при температуре $t_1 = 20$ °C) → ртуть (при температуре $t_2 = -50$ °C)

Температура замерзания (кристаллизации) ртути составляет $t_{кр} \approx -38.8$ °C. Процесс включает три этапа. Сначала жидкая ртуть охлаждается от $\text{20}$ °C до температуры кристаллизации $-38.8$ °C. Затем при этой температуре происходит кристаллизация (замерзание) ртути. После полного замерзания твердая ртуть охлаждается до конечной температуры $-50$ °C.

График зависимости температуры $\text{T}$ от времени $\text{t}$ будет состоять из трех участков:

1. Наклонный отрезок, показывающий охлаждение жидкой ртути с $\text{20}$ °C до $-38.8$ °C.

2. Горизонтальный отрезок при $T = -38.8$ °C, соответствующий процессу кристаллизации.

3. Наклонный отрезок, показывающий охлаждение твердой ртути с $-38.8$ °C до $-50$ °C. Удельные теплоемкости жидкой и твердой ртути близки, поэтому наклоны первого и третьего участков будут почти одинаковыми.

Ответ: График представляет собой ломаную линию из трех участков: наклонный отрезок от $\text{20}$ °C до $-38.8$ °C, горизонтальный отрезок при $-38.8$ °C и еще один наклонный отрезок от $-38.8$ °C до $-50$ °C.