Номер 212, страница 38 - гдз по физике 8 класс сборник задач Исаченкова, Слесарь

Для построения графиков зависимости температуры $\text{T}$ от времени $\text{t}$ будем считать, что веществу сообщается теплота с постоянной мощностью. В этом случае время, затраченное на процесс, пропорционально количеству теплоты, полученной веществом. Во время фазовых переходов (плавление, кипение) температура вещества не меняется, на графике этому соответствуют горизонтальные участки (плато). При нагревании вещества в одном агрегатном состоянии его температура растет. Скорость роста температуры (наклон графика $T(t)$) обратно пропорциональна теплоемкости вещества: $\frac{\Delta T}{\Delta t} \sim \frac{1}{c}$.

Решение:

Процесс состоит из двух этапов:

1. Парообразование (кипение) воды. Исходная вода находится при температуре кипения ($100$ °С). Вся подводимая энергия идет на превращение воды в пар. Температура в течение этого процесса остается постоянной и равной $100$ °С. На графике этому этапу соответствует горизонтальный участок.
2. Нагревание водяного пара. После того как вся вода превратится в пар при $100$ °С, пар начинает нагреваться до конечной температуры $150$ °С. На графике этому этапу соответствует наклонный участок, показывающий рост температуры.

График зависимости температуры от времени будет выглядеть следующим образом:

Ответ: График состоит из двух участков: горизонтального участка при $T = 100$ °С (кипение воды) и наклонного участка, показывающего рост температуры пара от $100$ °С до $150$ °С.

Решение:

Процесс состоит из четырех этапов:

1. Плавление льда. Исходный лед находится при температуре плавления ($\text{0}$ °С). Температура остается постоянной до тех пор, пока весь лед не превратится в воду.
2. Нагревание воды. Образовавшаяся вода при $\text{0}$ °С нагревается до температуры кипения $100$ °С.
3. Парообразование (кипение) воды. При $100$ °С вода кипит, превращаясь в пар. Температура остается постоянной. Длительность этого процесса значительно больше длительности плавления, так как удельная теплота парообразования воды ($L \approx 2,3 \cdot 10^6$ Дж/кг) примерно в 7 раз больше удельной теплоты плавления льда ($\lambda \approx 3,3 \cdot 10^5$ Дж/кг).
4. Нагревание водяного пара. Пар при $100$ °С нагревается до конечной температуры $120$ °С. Наклон этого участка будет круче, чем у участка нагревания воды, так как теплоемкость пара ($c_{пара} \approx 2000$ Дж/(кг·°С)) меньше теплоемкости воды ($c_{воды} \approx 4200$ Дж/(кг·°С)).

График зависимости температуры от времени будет выглядеть следующим образом:

Ответ: График состоит из четырех участков: горизонтального участка при $T = 0$ °С (плавление), наклонного участка роста температуры от $\text{0}$ °С до $100$ °С (нагревание воды), длинного горизонтального участка при $T = 100$ °С (кипение) и короткого наклонного участка роста температуры от $100$ °С до $120$ °С (нагревание пара).

Решение:

Процесс состоит из четырех этапов:

1. Нагревание льда. Лед нагревается от начальной температуры $-10$ °С до температуры плавления $\text{0}$ °С.
2. Плавление льда. При $\text{0}$ °С лед плавится, превращаясь в воду. Температура остается постоянной.
3. Нагревание воды. Вода нагревается от $\text{0}$ °С до температуры кипения $100$ °С. Наклон этого участка будет менее крутым, чем у участка нагревания льда, так как теплоемкость воды ($c_{воды} \approx 4200$ Дж/(кг·°С)) примерно в два раза больше теплоемкости льда ($c_{льда} \approx 2100$ Дж/(кг·°С)).
4. Парообразование (кипение) воды. При $100$ °С вода кипит. Так как конечная температура пара равна $100$ °С, процесс завершается, когда вся вода превратится в пар. Этому этапу соответствует горизонтальный участок при $T = 100$ °С.

График зависимости температуры от времени будет выглядеть следующим образом:

Ответ: График состоит из четырех участков: наклонного участка от $-10$ °С до $\text{0}$ °С (нагревание льда), горизонтального участка при $\text{0}$ °С (плавление), наклонного участка от $\text{0}$ °С до $100$ °С (нагревание воды) и длинного горизонтального участка при $100$ °С (кипение).

Решение:

Температура кипения эфира (диэтилового эфира) при нормальном давлении составляет $34,6$ °С. Начальная температура ниже, а конечная — выше температуры кипения, следовательно, будет фазовый переход.

1. Нагревание жидкого эфира. Эфир нагревается от $\text{20}$ °С до температуры кипения $34,6$ °С.
2. Парообразование (кипение) эфира. При $34,6$ °С эфир кипит. Температура остается постоянной.
3. Нагревание паров эфира. Пары эфира нагреваются от $34,6$ °С до конечной температуры $\text{40}$ °С.

График зависимости температуры от времени будет выглядеть следующим образом:

Ответ: График состоит из трех участков: наклонного участка от $\text{20}$ °С до $34,6$ °С (нагревание жидкости), горизонтального участка при $34,6$ °С (кипение) и наклонного участка от $34,6$ °С до $\text{40}$ °С (нагревание пара).

Решение:

Для железа температура плавления составляет $1538$ °С, а температура кипения — $2862$ °С. Процесс включает два фазовых перехода.

1. Нагревание твердого железа. Железо нагревается от $1000$ °С до температуры плавления $1538$ °С.
2. Плавление железа. При $1538$ °С железо плавится. Температура остается постоянной.
3. Нагревание жидкого железа. Расплавленное железо нагревается от $1538$ °С до температуры кипения $2862$ °С.
4. Парообразование (кипение) железа. При $2862$ °С жидкое железо кипит, превращаясь в газ. Температура остается постоянной.
5. Нагревание газообразного железа (пара). Газообразное железо нагревается от $2862$ °С до конечной температуры $3500$ °С.

График зависимости температуры от времени будет выглядеть следующим образом:

Ответ: График состоит из пяти участков: трех наклонных участков, соответствующих нагреванию железа в твердом, жидком и газообразном состояниях, и двух горизонтальных участков (плато) при температурах $1538$ °С (плавление) и $2862$ °С (кипение).