ГЛАВА 9. ИЗМЕНЕНИЕ АГРЕГАТНЫХ СОСТОЯНИЙ ВЕЩЕСТВА

При решении задач по данному разделу прежде всего нужно обратить внимание на особенности процесса изменения агрегатных состояний веществ:

а) постоянство температуры тел при плавлении и кипении, несмотря на то что телам сообщается определенное количество теплоты;

б) получение теплоты при кристаллизации жидкостей и конденсации пара, хотя температура тел при этом не понижается.

В этих целях следует больше решать качественных задач, вкоторых требуется объяснить те или иные изменения агрегатных состояний веществ с точки зрения молекулярно-кинетической теории и закона сохранения и превращения энергии. Большую роль играют также графические задачи, так как графики изменения агрегатных состояний вещества наглядно показывают специфику этих процессов. Графики полезны почти в каждой задаче для «прикидки» ожидаемых результатов, предположительного описания рассматриваемого явления, для пояснения полученного ответа и т. д.

1. Плавление и отвердевание

При решении задач по данному разделу следует использовать имеющиеся у учащихся знания о молекулярном строении жидких и твердых тел и внутренней энергии. Расчеты количества теплоты, полученной твердым телом при плавлении (или отданной жидкостью при отвердевании), сначала производят для случая, когда тело имеет температуру плавления (отвердевания). Затем производят расчеты количества теплоты, необходимого и для нагревания и для последующего плавления тела, начальная температура которого ниже точки плавления.

В IX классе следует рассмотреть более сложные задачи, требующие составления уравнения теплового баланса.

Записав в левой части уравнения количество теплоты, котороэ отдается остывающими телами, нужно «прикинуть», какие изменения может вызвать это количество теплоты с нагревающимися телами. Если нагревание не вызовет агрегатных изменений, то уравнение примет вид, подобный тому, который рассмотрен на странице 76. Если же с телами произойдут агрегатные превращения, то уравнение в общем случае примет вид где количество теплоты, отданное остывающим телом или нагревателем; суп количество теплоты, которое пошло на нагревание твердого тела от температуры до температуры плавления количество теплоты, которое пошло на плавление тела. количество теплоты, которое пошло на нагревание жидкости от температуры до температуры кипения жидкости. количество теплоты, необходимое для превращения жидкости в пар при температуре кипения; количество теплоты, необходимое для нагревания пара от температуры кипения до

При решении задач об изменении агрегатных состояний веществ полезно от руки вычерчивать графики процесса, происходящего с нагреваемым телом (см. № 212). Нужно обратить внимание учащихся на то, что удельные теплоемкости тел в жидком и твердом состояниях, не одинаковы. В школьной практике нередко на это не обращают внимания и даже в таблицах и задачниках, например для металлов, дают одно значение удельной теплоемкости как для твердого, так и для жидкого состояния. На самом же деле, например, для свинца в твердом состоянии а в жидком —

206. Одинаковые массы льда и воды имеют одну и ту же температуру — Сравните кинетическую и потенциальную энергию их молекул.

Ответ. Так как температура тел одинакова, то кинетическая энергия молекул тоже одинакова. Внутренняя же энергия воды больше, чем льда. Поэтому потенциальная энергия молекул воды больше, чем льда.

207. Воздух, вода и лед на улице имеют температуру В воде плавает льдинка. Один ученик утверждает, что так как вода замерзает при то через некоторое время она замерзнет. Второй же считает, что так как при 0°С лед тает, то льдинка превратится в воду. Кто из них прав?

Ответ. Оба мальчика ошибаются. Вода может замерзнуть только в том случае, если каждый килограмм ее отдаст окружающим телам а лед может растаять, если каждый килограмм его получит столько же энергии. Но так как температура всех тел одинакова, то теплообмена между ними нет и агрегатные состояния тел останутся без изменения.

208. Сколько нужно затратить энергии, чтобы расплавить при температуре плавления алюминия? железа? свинца?

Задачу решают устно, пользуясь таблицей удельной теплоты плавления, помещенной в учебнике.

209. Почему в неотапливаемых овощехранилищах в целях предохранения овощей от замерзания устанавливают большие кадки с водой? Что отдаст больше тепла: кирпичная печь массой остывая от 70 до или бак, в котором замерзает воды при

Решение. Печь отдает количество теплоты

Вода отдает теплоту

210. Сколько нужно энергии, чтобы расплавить льда, взятого при —

Решение. Энергия, необходимая для нагревания льда до точки плавления,

Энергия, необходимая для плавления льда,

Общее количество энергий

211. В сосуде был лед при Сосуд поставлен на горелку, которая дает в равные промежутки времени одинаковые количества теплоты. Укажите, какой из графиков (рис. 30) изменения температуры со временем, построенный для этого случая, верный и в чем ошибочны остальные графики.

Ответ. Верен график 2. График 1 неверен потому, что наклон линий и с осью О одинаков. Но линия показывает нагревание воды, которое должно быть более медленным, чем нагревание льда, удельная теплоемкость которого меньше, чем у воды.

Ошибочность графика 3 после сказанного очевидна.

212. До какой температуры нагреются свинца, взятые при если ему сообщить энергии?

Решение. Проверим, какое количество теплоты необходимо для расплавления свинца. Для нагревания свинца до температуры плавления необходимо

Рис. 30.

Рис. 31.

и для расплавления — Следовательно, свинец будет находиться в жидком состоянии. Ход процесса нагревания свинца представляется графиком (рис. 31). Поэтому уравнение теплового баланса должно быть записано в следующем виде:

Подставив данные в уравнение, получим

Если же не учесть агрегатных превращений и записать уравнение в таком виде то получим ответ что явно ошибочно, так как при этой температуре свинец находится в жидком состоянии.