Номер 185, страница 32 - гдз по физике 8 класс сборник задач Исаченкова, Слесарь

1) одинаковы ли были температуры льда и воды в калориметре?

В калориметре лед и талая вода находятся вместе, то есть в состоянии теплового равновесия. Процесс плавления льда (и кристаллизации воды) при нормальном атмосферном давлении происходит при постоянной температуре, равной 0 °C. Следовательно, и лед, и вода, которая образовалась в результате его таяния, имеют одинаковую температуру.

Ответ: Да, температуры льда и талой воды в калориметре одинаковы и равны 0 °C.

2) Одинаковы ли температуры воды в стаканах после выполнения опыта? Почему?

Изначально условия в стаканах одинаковы: равные массы воды при комнатной температуре. Затем в оба стакана добавляют равные массы вещества с температурой 0 °C. Однако в первый стакан добавляют лед, а во второй — талую воду.
В первом стакане для того, чтобы лед перешел из твердого состояния в жидкое, ему необходимо сообщить энергию — удельную теплоту плавления $Q_{пл} = \lambda \cdot m_{льда}$, где $\lambda$ — удельная теплота плавления льда, а $m_{льда}$ — его масса. Эту энергию лед забирает у теплой воды в стакане. Только после полного таяния образовавшаяся холодная вода начнет нагреваться, продолжая отбирать тепло у теплой воды.
Во втором стакане, куда добавили талую воду при 0 °C, происходит только процесс теплообмена между теплой и холодной водой, без затрат энергии на фазовый переход.
Таким образом, вода в первом стакане отдает большее количество теплоты (на плавление льда и на нагревание образовавшейся из него воды), чем вода во втором стакане (только на нагревание холодной воды). Поэтому итоговая температура в первом стакане будет значительно ниже, чем во втором.

Ответ: Нет, температуры воды в стаканах после опыта будут разными. В стакане, куда поместили лед, итоговая температура будет ниже, так как на плавление льда затрачивается дополнительное количество теплоты, которое отбирается у находившейся в стакане воды.

3) Как изменилась внутренняя энергия льда при его плавлении?

Внутренняя энергия тела состоит из кинетической энергии движения его молекул и потенциальной энергии их взаимодействия. Во время плавления температура льда не меняется (остается 0 °C), а значит, средняя кинетическая энергия его молекул остается постоянной. Однако в процессе плавления лед поглощает энергию извне (теплоту плавления). Эта энергия расходуется на разрушение кристаллической решетки, то есть на преодоление сил притяжения между молекулами и увеличение их потенциальной энергии. Так как потенциальная энергия молекул увеличивается, а кинетическая не изменяется, общая внутренняя энергия вещества возрастает.

Ответ: Внутренняя энергия льда при его плавлении увеличилась.

Вывод:

Опыт показывает, что плавление — это физический процесс, требующий поглощения энергии извне. Эта энергия, называемая теплотой плавления, идет на разрушение кристаллической структуры вещества и приводит к увеличению его внутренней энергии, даже если температура вещества при этом не меняется. Именно поэтому лед охлаждает воду значительно эффективнее, чем та же масса воды при температуре 0 °C, так как для своего таяния он забирает у окружающей среды дополнительную энергию.