График зависимости температуры от времени сосуды нагрели
Рабочая тетрадь по физике 8 класс Т.А. Ханнанова (к учебнику А.В. Перышкина)
1.1 Ответьте на вопросы.
1.2. Рассмотрите рисунок и заполните пропуски в тексте.
1.3. На рисунке приведена заготовка шкалы термометра.
а) Напишите числа около каждого штриха на шкале термометра таким образом, чтобы пределы измерения этим прибором соответствовали температуре 0 и 100° С.
б) Закрасьте на шкале простым карандашом интервал, которому соответствует температура от 30 до 40° С. Отметьте на нем точку, соответствующую нормальной температуре тела человека (36, 5° С).
1.4. Прочитайте текст и выполните приведенные ниже задания.
1.5. В таблицу занесены результаты измерений температуры воды в стакане в различные моменты времени. Постройте график зависимости температуры воды от времени.
2.1. а) Заполните пропуски в тексте, используя слова: работу, кинетической, потенциальная, масса, скорость, механической, Землей.
б) Дополните схему.
2.2. Муха массой 1 г летит со скоростью 5 м/с на высоте 2 м над землей. Чему равна кинетическая и потенциальная энергия мухи относительно поверхности земли? Чему равна механическая энергия мухи?
2.3. Заполните пропуски в тексте, используя слова и числа: 0, прекращается, увеличивается, уменьшается, движении, мала.
2.4. а) В одинаковых сосудах содержится одинаковое количество молекул одного и того же газа. В каком сосуде внутренняя энергия газа больше и почему?
2.5. а) На рисунке приведен график изменения температуры тела с течением времени. Заполните таблицу недостающими данными, характеризующими указанные точки графика.
3.1. а) Сформулируйте правильное утверждение, вычеркивая лишние слова, выделенные курсивом.
б) Как изменится внутренняя энергия молекул воды при понижении температуры и почему?
3.2. На рисунках показаны ситуации, при которых происходит увеличение внутренней энергии проволоки вследствие нагревания ее в средней части. Подпишите под каждым рисунком, каким способом происходит изменение внутренней энергии тела: совершением механической работы или теплопередачей.
3.3. Заполните таблицу, указав способ изменения внутренней энергии тела в каждом случае.
3.4. В тонкостенную латунную трубку на подставке налит эфир. Трубка закрыта резиновой пробкой, обвита веревкой, которую начинают быстро двигать то в одну, то в другую сторону. Через некоторое время пробка вылетает из трубки. Заполните пропуски в тексте, чтобы получилось объяснение наблюдаемого явления.
4.1. Вставьте в текст пропущенные слова.
4.2. На рисунках изображены пары тел с разной температурой. Покажите стрелками направление теплопередачи в каждом случае.
4.3. В таблице приведены описания наблюдений, связанных с использование на практике различных материалов. В каждом случае сделайте вывод, какой теплопроводностью обладает материал: хорошей или плохой.
4.4. Рассмотрите рисунки, на которых изображено строение пара (рис. а), воды (рис. б), льда (рис. в). Все эти вещества состоят из одинаковых молекул, но по-разному расположенных относительно друг друга.
4.5. На рисунке стрелками укажите части сковороды и кастрюли, сделанные из материалов с хорошей теплопроводностью; с плохой теплопроводностью.
5.1. Заполните пропуски в тексте.
5.2. Рядом с рисунками напишите, в каких случаях изображена естественная (свободная) конвекция, а в каких – вынужденная.
5.3. Два одинаковых по размеру шара, изготовленных из различных материалов, помещают внутрь жидкости и оставляют в покое. Спустя некоторое время шар 2 всплывает, а шар 1 остается погруженным в жидкость полностью (см. рис.).
5.4. Дверь из теплого помещения открыли в холодный коридор. Стрелками покажите на рисунке направление движения потоков воздуха около верхней и нижней частей двери. Ответ поясните.
5.5. Почему, купаясь летом в открытых водоемах, часто можно обнаружить, что вода у поверхности теплее, чем на глубине? Ответ поясните.
6.1. Напишите виды теплопередачи (теплопроводность, конвекция, излучение), которые осуществляются в явлениях, изображенных на рисунках.
6.2. Отметьте на рисунке цифрами 1, 2, 3 места, где происходят различные виды теплопередачи. Заполните таблицу.
6.3. а) Дополните предложения необходимыми словами в нужном падеже: уменьшить, увеличить, теплопроводность, излучение, конвекция.
6.4. Ответьте на вопросы.
7.1. Вставьте в текст пропущенные слова.
7.2. Запишите значение энергии в указанных кратных и дольных единицах.
7.3. Из приведенного ниже ряда характеристик физического тела отметьте галочкой только те, которые определяют количество теплоты Q, необходимое для нагревания тела до заданной температуры.
7.4. Сравните количество теплоты Q1 и Q2, переданное окружающей среде остывающими телами 1 и 2, изготовленными из одного и того же материала.
7.5. В эксперименте нагревали воду и с течением времени измеряли ее температуру. Результаты измерений были записаны в таблицу. Погрешность измерения температуры составила 1° С, погрешность измерения времени – 10 с. Представьте полученную информацию в виде графика, самостоятельно выбрав масштабные единицы на координатных осях.
7.6. На плитке нагревают два одинаковых сосуда А и В с разной массой воды. Каждый сосуд получает от плитки одинаковое количество теплоты за каждую минуту. На рисунке представлен график зависимости изменения температуры воды в каждом сосуде от времени.
8.1. Заполните пропуски в тексте.
8.2. Нагретый кирпич массой 3 кг опускают в холодную воду. Остывая на 1°С кирпич отдает воде количество теплоты, примерно равное 2700 Дж. Вычислите удельную теплоемкость кирпича.
8.3. Проанализируйте числовые данные, приведенные в таблице 1 учебника, и ответьте на вопросы.
8.4. Вычислите и запишите в таблицу количество теплоты, которое необходимо передать серебряным образцам массой m (см. табл.), чтобы их температура изменилась от t1 до t2. Известно, что для нагревания 1 кг серебра на 1°С необходимо затратить количество теплоты, равное 250 Дж (см. табл. 1 учебника).
8.5. Для сопоставления между собой удельных теплоемкостей двух жидкостей провели эксперимент. В первый сосуд налили 1 кг воды, а во второй – 1 кг подсолнечного масла. Жидкости нагревали с помощью одинаковых нагревателей, отдающих одинаковые количество теплоты за один и тот же промежуток времени. В ходе эксперимента измерялась температура жидкостей в разные моменты времени. Результаты измерений заносили в таблицу.
9.1. Медную деталь массой 100 г из неотапливаемого склада перенесли в теплое помещение, где она пробыла некоторое время (участки графика АВ и ВС). Затем деталь вынесли на улицу и поместили в контейнер (участок графика CD). Проанализируйте данные графика и ответьте на вопросы.
9.2. Стальной образец массой 1 кг постепенно нагревают от 0 до 100°С путем непрерывной передачи количества теплоты Q.
9.3. Образцу массой m было передано некоторое количество теплоты Q, благодаря чему его температура изменилась на Δt = t2 – t1. Заполните пустые клетки таблицы.
9.4. В калориметр наливают mx = 40 г холодной воды, температура которой равна tx = 20°С, и mг = 60 г горячей воды, температура которой tг = 50°С. Определите температуру смеси горячей и холодной воды tс, установившуюся в калориметре.
9.5. Стальную деталь массой 300 г, разогретую до 300°С, бросили в воду массой 5 кг при температуре 20°С. На сколько градусов повысилась температура воды, если вся выделенная деталью энергия пошла на нагревание воды?
10.1. Вставьте в текст пропущенные слова.
10.2. Под каждым рисунком впишите вид топлива, который используется на практике.
10.3. При сжигании дров выделяется такое же количество теплоты, что и при сгорании природного газа. Во сколько раз масса дров больше массы природного газа?
10.4. Какая масса каменного угля может заменить собой 2 т торфа как топлива? Ответ выразите в тоннах и округлите до десятых.
10.5. На сколько градусов изменится температура воды массой 10 кг, если ей передать все количество теплоты, выделившееся при сжигании 0,001 кг природного газа? Ответ округлите до целых.
10.6. На спиртовке нагревают воду массой mв = 100 г от t1 = 20°C до t2 = 80°C. КПД спиртовки составляет η = 20%.
11.1. Заполните пропуски в тексте.
11.2. На рисунке показана траектория брошенного с земли мяча.
11.3. Допишите предложение. «Если сжать и отпустить пружину с грузом, то начнется колебательный процесс: груз будет двигаться то вверх, то вниз».
11.4. Заполните пропуски в тексте.
11.5. На рисунках приведены примеры различных жизненных ситуаций. В каждом случае опишите, какие происходят превращения энергии (или передача энергии).
11.6. В стальную кастрюлю массой 400 г при начальной температуре 20°С наливают воду массой 1 кг при температуре 10°С. Какое количество теплоты необходимо передать кастрюле с водой, чтобы нагреть в ней воду до 100°С?
12.1. Дополните схему названиями агрегатных состояний вещества, находясь в которых, тело обладает указанными свойствами.
12.2. Закончите фразу, вычеркнув из выделенных слов не подходящие по смыслу.
12.3. Известно, что при нагревании стального шарика его объем увеличивается. Отметьте галочкой все пункты, характеризующие причину этого явления.
12.4. На трех рисунках схематично изображены различные агрегатные состояния одного и того же вещества. Под каждым рисунком напишите, в каком агрегатном состоянии находится вещество.
12.5. Ответьте на вопросы, заполнив пустые клетки таблицы подходящим по смыслу словом «да» или «нет».
12.6. В калориметр наливают 100 г подсолнечного масла при температуре 20°С. Затем в масло бросают разогретую до 200°С медную деталь массой 50 г. Какая температура масла установится в калориметре? Ответ округлите до целых.
12.7. Какую массу каменного угля необходимо сжечь в печи, чтобы довести 100 л воды до кипения? Начальная температура воды 20°С. Считать, что на нагревание воды идет 40% всей выделившейся энергии. Ответ выразите в граммах и запишите в таблицу.
13.1. На каждой температурной шкале закрасьте синим цветом участок, соответствующий интервалу температур, при которых указанное вещество находится в твердом состоянии. Для выполнения задания используйте таблицу 3 учебника.
13.2. Для каждого вещества, показанного в таблице:
а) определите по таблице 3 учебника температуру плавления и запишите в таблицу;
б) на температурной шкале определите удобную цену деления, около штрихов напишите соответствующие температуры; отметьте точками и температуру плавления, и заданную температуру вещества;
в) сделайте вывод, в каком агрегатном состоянии находится вещество при указанной температуре, и запишите ответ в соответствующую ячейку таблицы.
13.3. Подчеркните названия тех веществ, которые сохранятся в твердом состоянии, если их опустить в расплавленную сталь.
13.4. Какова самая низкая температура, при которой можно использовать:
14.1. На рисунке представлен график зависимости температуры вещества от времени и нанесены стрелки, схематически показывающие направление передачи количества теплоты.
14.2. Заполните таблицу согласно данным, представленным на графике (см. задание 14.1). Для ответов используйте знаки: «» (не меняется), «» (возрастает), «» (убывает». Заполняйте таблицу, последовательно отвечая на вопросы.
14.3. Лед массой 500 г нагрели от -20°С до температуры плавления. Какое количество теплоты было при этом передано льду? Описанный процесс соответствует участку АВ графика в задании 14.1.
14.4. Какое количество теплоты необходимо передать льду массой 500 г, чтобы его температура уменьшилась от 0 до -30°С? Описанный процесс соответствует участку FS графика в задании 14.1.
14.5. Какое количество теплоты необходимо передать воде массой 500 г, чтобы ее нагреть от 0 до 20°С? Описанный процесс соответствует участку CD графика в задании 14.1.
14.6. Какое количество теплоты передает вода массой 500 г при охлаждении от 20 до 0°С? Описанный процесс соответствует участку DE графика в задании 14.1.
14.7. По графику зависимости температуры от времени определите:
15.1. Заполните пропуски в тексте.
15.2. На рисунке представлен график зависимости температуры вещества от времени.
б) Обведите синим цветом участки графика, соответствующие твердому состоянию вещества; зеленым – соответствующие жидкому состоянию; синим и зеленым – область, где вещество находится одновременно в двух агрегатных состояниях.
в) На всех участках графика стрелками укажите, получает или отдает вещество количество теплоты.
15.3. Оловянную деталь массой 0,2 кг вначале нагрели до температуры плавления, а затем полностью расплавили. Какое при этом количество теплоты потребовалось? Описанный процесс соответствует участкам LM и MN графика в задании 15.2. Воспользуйтесь графиком и таблицей 4 учебника для получения недостающих данных.
15.4. Медный брусок массой 0,4 кг нагрели от 20°С до температуры плавления и затем полностью расплавили. Какое количество теплоты было передано при этом бруску?
15.5. Оловянный брусок массой 0,2 кг нагрели от 150 до 290°С. Какое количество теплоты было при этом передано бруску? Описанный процесс соответствует участкам LM, MN и NO графика в задании 15.2. При решении задачи можно воспользоваться результатами выполнения задания 15.2. Удельная теплоемкость твердого олова со.тв = 230 Дж/(кг•°С), жидкого олова со.ж = 270 Дж/(кг•°С).
15.6. Расплавленное олово массой 100 г залили в форму при температуре 232°С. В результате охлаждения произошло отвердевание олова. Какое количество теплоты было передано оловом окружающей среде к моменту его охлаждения до 190°С. Описанный процесс соответствует участкам PR и RS графика в задании 15.2.
16.1. Одинаковое количество воды налито в различные сосуды. В каждой паре сосудов выберите тот, в котором испарение воды происходит более интенсивно. Кратко обоснуйте свой выбор.
16.2. Заполните пропуски в тексте.
16.3. На рисунках схематически показано соотношение числа молекул жидкости, покидающих ее поверхность и возвращающихся из окружающей среды обратно в жидкость. Для каждого случая ответьте на вопросы. Существует ли динамическое равновесие между паром и жидкостью? Можно ли считать пар насыщенным? Ответы обоснуйте.
16.4. В теплоизолированном сосуде 200 г холодной воды, взятой при температуре 0°С, смешивают с 600 г горячей воды, взятой пр температуре 80°С. Какая температура установится в сосуде в результате теплообмена? Потерями энергии можно пренебречь.
17.1. Заполните пропуски в тексте.
17.2. Стрелками укажите, с каким явлением – испарением или конденсацией жидкости – связано каждое из описанных явлений.
17.3. В соответствующих местах на рисунке отметьте буквами К и И, где происходит конденсация водяных паров и испарение. Укажите причину каждого явления.
17.4. В каждый сосуд (см. рис.) налили воду комнатной температуры. Вначале термометры, опущенные в сосуды, показывали температуру 20°С. Через некоторое время показания термометров стали различными. Отметьте на рисунках примерные показания термометров. Поясните свой ответ.
18.1. Заполните пропуски в тексте.
18.2. Во время кипения в воде образуются пузырьки. Ответьте на вопросы.
18.3. На каждой температурной шкале закрасьте синим цветом участки температур, при которых указанное вещество находится в твердом состоянии. Штриховкой покажите участок температур, при которых вещество находится в жидком состоянии; участок температур, при которых вещество находится в газообразном состоянии, отметьте точками. Для выполнения задания используйте таблицы 3 и 5 учебника.
18.4. На рисунке представлен график зависимости температуры вещества от времени при его равномерном нагревании. Известно, что вначале вещество находилось в твердом состоянии.
19.1. а) Закончите фразу.
19.2. а) Закончите предложения.
19.3. а) Заполните пропуски в тексте.
19.4. Каким образом можно довести до состояния насыщения водяной пар в воздухе, если начальная температура воздуха равна 14°С, а плотность водяного пара в нем составляет 5,2 г/см3?
19.5. По психрометрической таблице (с. 223 – 224 учебника) определите:
20.1. В двух одинаковых кастрюлях налито одинаковое количество воды. Одну кастрюлю ставят на огонь, и вода в ней кипит, другая кастрюля при этом стоит на столе. В каком случае вода из кастрюли испарится быстрее и почему?
20.2. Заполните пропуски в тексте.
20.3. а) Рассчитайте количество теплоты, которое необходимо передать воде массой 100 г, чтобы превратить ее в пар при температуре 100°С.
20.4. Заполните таблицу.
20.5. На рисунке приведен график зависимости температуры воды от времени ее равномерного нагревания.
20.6. 1) На рисунке к задаче 20.5 изобразите график, соответствующий процессам:
а) конденсации водяного пара при 100°С;
б) охлаждению воды от 100 до 0°С;
в) кристаллизации воды при 0°С;
г) охлаждению льда от 0 до -40°С.
2) Напишите над каждым участком графика, какое количество теплоты выделяется веществом массой 500 г.
21.1. Вставьте в текст пропущенные слова.
21.2. а) Рассмотрите рисунок и ответьте на вопросы.
21.3
21.4
21.5
22.1.
22.2. б) Покажите на рисунке стрелками, откуда в цилиндр двигателя попадает горючая смесь, а куда выбрасываются отработанные газы.
в) Определите, какой такт работы двигателя изображен на рисунке.
22.3. На рисунке представлена схема работы четырехтактного двигателя внутреннего сгорания.
23.1. Дополните схему названиями известных вам видов тепловых двигателей.
23.2. Вставьте в текст пропущенные слова и цифры.
23.3. На рисунке схематично представлен принцип работы паровой турбины.
23.4.
24.1. Заполните пропуски в тексте.
24.2.
24.3. Трактор двигался с постоянной скоростью, развивая мощность N = 60 кВт. При этом за t = 15 мин работы им было истрачено m = 4 кг топлива. Удельная теплота сгорания топлива составляет q = 43000 кДж/кг. Определите КПД теплового двигателя трактора (в % с точностью до целых).
24.4. Снегоход, двигаясь равномерно, развивает мощность 18 кВт, сжигая при этом за четверть часа 2 кг топлива. Удельная теплота сгорания топлива 42000 кДж/кг. Определите КПД теплового двигателя снегохода. Ответ (в %) округлите до целых.
24.5. Мотоцикл, двигаясь равномерно, развивает мощность 13 кВт, сжигая за каждые 10 мин 400 г бензина. Определите КПД двигателя внутреннего сгорания мотоцикла (в %). Ответ округлите до целых. Недостающие данные найдите в таблице 2 учебника.
24.6. Представьте в виде диаграммы значения КПД тепловых двигателей трактора, снегохода и мотоцикла, полученные при решении задач 24.3 – 24.5.
Источник
Ïåðåõîä âåùåñòâà èç òâåðäîãî êðèñòàëëè÷åñêîãî ñîñòîÿíèÿ â æèäêîå íàçûâàåòñÿ ïëàâëåíèåì. ×òîáû ðàñïëàâèòü òâåðäîå êðèñòàëëè÷åñêîå òåëî, åãî íóæíî íàãðåòü äî îïðåäåëåííîé òåìïåðàòóðû, ò. å. ïîäâåñòè òåïëî. Òåìïåðàòóðà, ïðè êîòîðîé âåùåñòâî ïëàâèòñÿ, íàçûâàåòñÿ òåìïåðàòóðîé ïëàâëåíèÿ âåùåñòâà.
Îáðàòíûé ïðîöåññ – ïåðåõîä èç æèäêîãî ñîñòîÿíèÿ â òâåðäîå – ïðîèñõîäèò ïðè ïîíèæåíèè òåìïåðàòóðû, ò. å. òåïëî îòâîäèòñÿ. Ïåðåõîä âåùåñòâà èç æèäêîãî ñîñòîÿíèÿ â òâåðäîå íàçûâàåòñÿ îòâåðäåâàíèåì, èëè êðèñòàëëèçàöèåé. Òåìïåðàòóðà, ïðè êîòîðîé âåùåñòâî êðèñòàëëèçóåòñÿ, íàçûâàåòñÿ òåìïåðàòóðîé êðèñòàëëèçàöèè.
Îïûò ïîêàçûâàåò, ÷òî ëþáîå âåùåñòâî êðèñòàëëèçóåòñÿ è ïëàâèòñÿ ïðè îäíîé è òîé æå òåìïåðàòóðå.
Íà ðèñóíêå ïðåäñòàâëåí ãðàôèê çàâèñèìîñòè òåìïåðàòóðû êðèñòàëëè÷åñêîãî òåëà (ëüäà) îò âðåìåíè íàãðåâàíèÿ (îò òî÷êè À äî òî÷êè D) è âðåìåíè îõëàæäåíèÿ (îò òî÷êè D äî òî÷êè K). Íà íåì ïî ãîðèçîíòàëüíîé îñè îòëîæåíî âðåìÿ, à ïî âåðòèêàëüíîé – òåìïåðàòóðà.
Èç ãðàôèêà âèäíî, ÷òî íàáëþäåíèå çà ïðîöåññîì íà÷àëîñü ñ ìîìåíòà, êîãäà òåìïåðàòóðà ëüäà áûëà -40 °Ñ, èëè, êàê ïðèíÿòî ãîâîðèòü, òåìïåðàòóðà â íà÷àëüíûé ìîìåíò âðåìåíè tíà÷ = -40 °Ñ (òî÷êà À íà ãðàôèêå). Ïðè äàëüíåéøåì íàãðåâàíèè òåìïåðàòóðà ëüäà ðàñòåò (íà ãðàôèêå ýòî ó÷àñòîê ÀÂ). Óâåëè÷åíèå òåìïåðàòóðû ïðîèñõîäèò äî 0 °Ñ – òåìïåðàòóðû ïëàâëåíèÿ ëüäà. Ïðè 0°Ñ ëåä íà÷èíàåò ïëàâèòüñÿ, à åãî òåìïåðàòóðà ïåðåñòàåò ðàñòè.  òå÷åíèå âñåãî âðåìåíè ïëàâëåíèÿ (ò.å. ïîêà âåñü ëåä íå ðàñïëàâèòñÿ) òåìïåðàòóðà ëüäà íå ìåíÿåòñÿ, õîòÿ ãîðåëêà ïðîäîëæàåò ãîðåòü è òåïëî, ñëåäîâàòåëüíî, ïîäâîäèòñÿ. Ïðîöåññó ïëàâëåíèÿ ñîîòâåòñòâóåò ãîðèçîíòàëüíûé ó÷àñòîê ãðàôèêà ÂÑ. Òîëüêî ïîñëå òîãî êàê âåñü ëåä ðàñïëàâèòñÿ è ïðåâðàòèòñÿ â âîäó, òåìïåðàòóðà ñíîâà íà÷èíàåò ïîäíèìàòüñÿ (ó÷àñòîê CD). Ïîñëå òîãî, êàê òåìïåðàòóðà âîäû äîñòèãíåò +40 °Ñ, ãîðåëêó ãàñÿò è âîäó íà÷èíàþò îõëàæäàòü, ò. å. òåïëî îòâîäÿò (äëÿ ýòîãî ìîæíî ñîñóä ñ âîäîé ïîìåñòèòü â äðóãîé, áîëüøèé ñîñóä ñî ëüäîì). Òåìïåðàòóðà âîäû íà÷èíàåò ñíèæàòüñÿ (ó÷àñòîê DE). Ïðè äîñòèæåíèè òåìïåðàòóðû 0 °Ñ òåìïåðàòóðà âîäû ïåðåñòàåò ñíèæàòüñÿ, íåñìîòðÿ íà òî, ÷òî òåïëî ïî-ïðåæíåìó îòâîäèòñÿ. Ýòî èäåò ïðîöåññ êðèñòàëëèçàöèè âîäû – îáðàçîâàíèÿ ëüäà (ãîðèçîíòàëüíûé ó÷àñòîê EF). Ïîêà âñÿ âîäà íå ïðåâðàòèòñÿ â ëåä, òåìïåðàòóðà íå èçìåíèòñÿ. Ëèøü ïîñëå ýòîãî íà÷èíàåò óìåíüøàòüñÿ òåìïåðàòóðà ëüäà (ó÷àñòîê FK).
Âèä ðàññìîòðåííîãî ãðàôèêà îáúÿñíÿåòñÿ ñëåäóþùèì îáðàçîì. Íà ó÷àñòêå À áëàãîäàðÿ ïîäâîäèìîìó òåïëó ñðåäíÿÿ êèíåòè÷åñêàÿ ýíåðãèÿ ìîëåêóë ëüäà óâåëè÷èâàåòñÿ, è òåìïåðàòóðà åãî ïîâûøàåòñÿ. Íà ó÷àñòêå ÂÑ âñÿ ýíåðãèÿ, ïîëó÷àåìàÿ ñîäåðæèìûì êîëáû, òðàòèòñÿ íà ðàçðóøåíèå êðèñòàëëè÷åñêîé ðåøåòêè ëüäà: óïîðÿäî÷åííîå ïðîñòðàíñòâåííîå ðàñïîëîæåíèå åãî ìîëåêóë ñìåíÿåòñÿ íåóïîðÿäî÷åííûì, ìåíÿåòñÿ ðàññòîÿíèå ìåæäó ìîëåêóëàìè, ò.å. ïðîèñõîäèò ïåðåñòðîéêà ìîëåêóë òàêèì îáðàçîì, ÷òî âåùåñòâî ñòàíîâèòñÿ æèäêèì. Ñðåäíÿÿ êèíåòè÷åñêàÿ ýíåðãèÿ ìîëåêóë ïðè ýòîì íå ìåíÿåòñÿ, ïîýòîìó íåèçìåííîé îñòàåòñÿ è òåìïåðàòóðà. Äàëüíåéøåå óâåëè÷åíèå òåìïåðàòóðû ðàñïëàâëåííîãî ëüäà-âîäû (íà ó÷àñòêå CD) îçíà÷àåò óâåëè÷åíèå êèíåòè÷åñêîé ýíåðãèè ìîëåêóë âîäû âñëåäñòâèå ïîäâîäèìîãî ãîðåëêîé òåïëà.
Ïðè îõëàæäåíèè âîäû (ó÷àñòîê DE) ÷àñòü ýíåðãèè ó íåå îòáèðàåòñÿ, ìîëåêóëû âîäû äâèæóòñÿ ñ ìåíüøèìè ñêîðîñòÿìè, èõ ñðåäíÿÿ êèíåòè÷åñêàÿ ýíåðãèÿ ïàäàåò – òåìïåðàòóðà óìåíüøàåòñÿ, âîäà îõëàæäàåòñÿ. Ïðè 0°Ñ (ãîðèçîíòàëüíûé ó÷àñòîê EF) ìîëåêóëû íà÷èíàþò âûñòðàèâàòüñÿ â îïðåäåëåííîì ïîðÿäêå, îáðàçóÿ êðèñòàëëè÷åñêóþ ðåøåòêó. Ïîêà ýòîò ïðîöåññ íå çàâåðøèòñÿ, òåìïåðàòóðà âåùåñòâà íå èçìåíèòñÿ, íåñìîòðÿ íà îòâîäèìîå òåïëî, à ýòî îçíà÷àåò, ÷òî ïðè îòâåðäåâàíèè æèäêîñòü (âîäà) âûäåëÿåò ýíåðãèþ. Ýòî êàê ðàç òà ýíåðãèÿ, êîòîðóþ ïîãëîòèë ëåä, ïðåâðàùàÿñü â æèäêîñòü (ó÷àñòîê ÂÑ). Âíóòðåííÿÿ ýíåðãèÿ ó æèäêîñòè áîëüøå, ÷åì ó òâåðäîãî òåëà. Ïðè ïëàâëåíèè (è êðèñòàëëèçàöèè) âíóòðåííÿÿ ýíåðãèÿ òåëà ìåíÿåòñÿ ñêà÷êîì.
Ìåòàëëû, ïëàâÿùèåñÿ ïðè òåìïåðàòóðå âûøå 1650 ºÑ, íàçûâàþò òóãîïëàâêèìè (òèòàí, õðîì, ìîëèáäåí è äð.). Ñàìàÿ âûñîêàÿ òåìïåðàòóðà ïëàâëåíèÿ ñðåäè íèõ ó âîëüôðàìà – îêîëî 3400 °Ñ. Òóãîïëàâêèå ìåòàëëû è èõ ñîåäèíåíèÿ èñïîëüçóþò â êà÷åñòâå æàðîïðî÷íûõ ìàòåðèàëîâ â ñàìîëåòîñòðîåíèè, ðàêåòîñòðîåíèè è êîñìè÷åñêîé òåõíèêå, àòîìíîé ýíåðãåòèêå.
Ïîä÷åðêíåì åùå ðàç, ÷òî ïðè ïëàâëåíèè âåùåñòâî ïîãëîùàåò ýíåðãèþ. Ïðè êðèñòàëëèçàöèè îíî, íàîáîðîò, îòäàåò åå â îêðóæàþùóþ ñðåäó. Ïîëó÷àÿ îïðåäåëåííîå êîëè÷åñòâî òåïëîòû, âûäåëÿþùååñÿ ïðè êðèñòàëëèçàöèè, ñðåäà íàãðåâàåòñÿ. Ýòî õîðîøî èçâåñòíî ìíîãèì ïòèöàì. Íåäàðîì èõ ìîæíî çàìåòèòü çèìîé â ìîðîçíóþ ïîãîäó ñèäÿùèìè íà ëüäó, êîòîðûé ïîêðûâàåò ðåêè è îçåðà. Èç-çà âûäåëåíèÿ ýíåðãèè ïðè îáðàçîâàíèè ëüäà âîçäóõ íàä íèì îêàçûâàåòñÿ íà íåñêîëüêî ãðàäóñîâ òåïëåå, ÷åì â ëåñó íà äåðåâüÿõ, è ïòèöû ýòèì ïîëüçóþòñÿ.
Ïëàâëåíèå àìîðôíûõ âåùåñòâ .
Íàëè÷èå îïðåäåëåííîé òî÷êè ïëàâëåíèÿ – ýòî âàæíûé ïðèçíàê êðèñòàëëè÷åñêèõ âåùåñòâ. Èìåííî ïî ýòîìó ïðèçíàêó èõ ìîæíî ëåãêî îòëè÷èòü îò àìîðôíûõ òåë, êîòîðûå òàêæå îòíîñÿò ê òâåðäûì òåëàì. Ê íèì, â ÷àñòíîñòè, îòíîñÿòñÿ ñòåêëà, î÷åíü âÿçêèå ñìîëû, ïëàñòìàññû.
Àìîðôíûå âåùåñòâà (â îòëè÷èå îò êðèñòàëëè÷åñêèõ) íå èìåþò îïðåäåëåííîé òåìïåðàòóðû ïëàâëåíèÿ – îíè íå ïëàâÿòñÿ, à ðàçìÿã÷àþòñÿ. Ïðè íàãðåâàíèè êóñîê ñòåêëà, íàïðèìåð, ñíà÷àëà ñòàíîâèòñÿ èç òâåðäîãî ìÿãêèì, åãî ëåãêî ìîæíî ãíóòü èëè ðàñòÿãèâàòü; ïðè áîëåå âûñîêîé òåìïåðàòóðå êóñîê íà÷èíàåò ìåíÿòü ñâîþ ôîðìó ïîä äåéñòâèåì ñîáñòâåííîé òÿæåñòè. Ïî ìåðå íàãðåâàíèÿ ãóñòàÿ âÿçêàÿ ìàññà ïðèíèìàåò ôîðìó òîãî ñîñóäà, â êîòîðîì ëåæèò. Ýòà ìàññà ñíà÷àëà ãóñòàÿ, êàê ìåä, çàòåì – êàê ñìåòàíà è, íàêîíåö, ñòàíîâèòñÿ ïî÷òè òàêîé æå ìàëîâÿçêîé æèäêîñòüþ, êàê âîäà. Îäíàêî óêàçàòü îïðåäåëåííóþ òåìïåðàòóðó ïåðåõîäà òâåðäîãî òåëà â æèäêîå çäåñü íåâîçìîæíî, ïîñêîëüêó åå íåò.
Ïðè÷èíû ýòîãî ëåæàò â êîðåííîì îòëè÷èè ñòðîåíèÿ àìîðôíûõ òåë îò ñòðîåíèÿ êðèñòàëëè÷åñêèõ. Àòîìû â àìîðôíûõ òåëàõ ðàñïîëîæåíû áåñïîðÿäî÷íî. Àìîðôíûå òåëà ïî ñâîåìó ñòðîåíèþ íàïîìèíàþò æèäêîñòè. Óæå â òâåðäîì ñòåêëå àòîìû ðàñïîëîæåíû áåñïîðÿäî÷íî. Çíà÷èò, ïîâûøåíèå òåìïåðàòóðû ñòåêëà ëèøü óâåëè÷èâàåò ðàçìàõ êîëåáàíèé åãî ìîëåêóë, äàåò èì ïîñòåïåííî âñå áîëüøóþ è áîëüøóþ ñâîáîäó ïåðåìåùåíèÿ. Ïîýòîìó ñòåêëî ðàçìÿã÷àåòñÿ ïîñòåïåííî è íå îáíàðóæèâàåò ðåçêîãî ïåðåõîäà «òâåðäîå-æèäêîå», õàðàêòåðíîãî äëÿ ïåðåõîäà îò ðàñïîëîæåíèÿ ìîëåêóë â ñòðîãîì ïîðÿäêå ê áåñïîðÿäî÷íîìó.
Òåïëîòà ïëàâëåíèÿ .
Òåïëîòà ïëàâëåíèÿ – ýòî êîëè÷åñòâî òåïëîòû, êîòîðîå íåîáõîäèìî ñîîáùèòü âåùåñòâó ïðè ïîñòîÿííîì äàâëåíèè è ïîñòîÿííîé òåìïåðàòóðå, ðàâíîé òåìïåðàòóðå ïëàâëåíèÿ, ÷òîáû ïîëíîñòüþ ïåðåâåñòè åãî èç òâåðäîãî êðèñòàëëè÷åñêîãî ñîñòîÿíèÿ â æèäêîå. Òåïëîòà ïëàâëåíèÿ ðàâíà òîìó êîëè÷åñòâó òåïëîòû, êîòîðîå âûäåëÿåòñÿ ïðè êðèñòàëëèçàöèè âåùåñòâà èç æèäêîãî ñîñòîÿíèÿ. Ïðè ïëàâëåíèè âñÿ ïîäâîäèìàÿ ê âåùåñòâó òåïëîòà èäåò íà óâåëè÷åíèå ïîòåíöèàëüíîé ýíåðãèè åãî ìîëåêóë. Êèíåòè÷åñêàÿ ýíåðãèÿ íå ìåíÿåòñÿ, ïîñêîëüêó ïëàâëåíèå èäåò ïðè ïîñòîÿííîé òåìïåðàòóðå.
Èçó÷àÿ íà îïûòå ïëàâëåíèå ðàçëè÷íûõ âåùåñòâ îäíîé è òîé æå ìàññû, ìîæíî çàìåòèòü, ÷òî äëÿ ïðåâðàùåíèÿ èõ â æèäêîñòü òðåáóåòñÿ ðàçíîå êîëè÷åñòâî òåïëîòû. Íàïðèìåð, äëÿ òîãî ÷òîáû ðàñïëàâèòü îäèí êèëîãðàìì ëüäà, íóæíî çàòðàòèòü 332 Äæ ýíåðãèè, à äëÿ òîãî ÷òîáû ðàñïëàâèòü 1 êã ñâèíöà – 25 êÄæ.
Ôèçè÷åñêàÿ âåëè÷èíà, ïîêàçûâàþùàÿ, êàêîå êîëè÷åñòâî òåïëîòû íåîáõîäèìî ñîîáùèòü êðèñòàëëè÷åñêîìó òåëó ìàññîé 1 êã, ÷òîáû ïðè òåìïåðàòóðå ïëàâëåíèÿ ïîëíîñòüþ ïåðåâåñòè åãî â æèäêîå ñîñòîÿíèå, íàçûâàåòñÿ óäåëüíîé òåïëîòîé ïëàâëåíèÿ.
Óäåëüíóþ òåïëîòó ïëàâëåíèÿ èçìåðÿþò â äæîóëÿõ íà êèëîãðàìì (Äæ/êã) è îáîçíà÷àþò ãðå÷åñêîé áóêâîé λ (ëÿìáäà).
Óäåëüíàÿ òåïëîòà êðèñòàëëèçàöèè ðàâíà óäåëüíîé òåïëîòå ïëàâëåíèÿ, ïîñêîëüêó ïðè êðèñòàëëèçàöèè âûäåëÿåòñÿ òàêîå æå êîëè÷åñòâî òåïëîòû, êàêîå ïîãëîùàåòñÿ ïðè ïëàâëåíèè. Òàê, íàïðèìåð, ïðè çàìåðçàíèè âîäû ìàññîé 1 êã âûäåëÿþòñÿ òå æå 332 Äæ ýíåðãèè, êîòîðûå íóæíû äëÿ ïðåâðàùåíèÿ òàêîé æå ìàññû ëüäà â âîäó.
×òîáû íàéòè êîëè÷åñòâî òåïëîòû, íåîáõîäèìîå äëÿ ïëàâëåíèÿ êðèñòàëëè÷åñêîãî òåëà ïðîèçâîëüíîé ìàññû, èëè òåïëîòó ïëàâëåíèÿ, íàäî óäåëüíóþ òåïëîòó ïëàâëåíèÿ ýòîãî òåëà óìíîæèòü íà åãî ìàññó:
Q = km.
Êîëè÷åñòâî òåïëîòû, âûäåëÿåìîå òåëîì, ñ÷èòàåòñÿ îòðèöàòåëüíûì. Ïîýòîìó ïðè ðàñ÷åòå êîëè÷åñòâà òåïëîòû, âûäåëÿþùåãîñÿ ïðè êðèñòàëëèçàöèè âåùåñòâà ìàññîé m, ñëåäóåò ïîëüçîâàòüñÿ òîé æå ôîðìóëîé, íî ñî çíàêîì «ìèíóñ»:
Òåïëîòà ñãîðàíèÿ .
Òåïëîòà ñãîðàíèÿ (èëè òåïëîòâîðíàÿ ñïîñîáíîñòü, êàëîðèéíîñòü) – ýòî êîëè÷åñòâî òåïëîòû, âûäåëÿþùåéñÿ ïðè ïîëíîì ñãîðàíèè òîïëèâà.
Äëÿ íàãðåâàíèÿ òåë ÷àñòî èñïîëüçóþò ýíåðãèþ, âûäåëÿþùóþñÿ ïðè ñãîðàíèè òîïëèâà. Îáû÷íîå òîïëèâî (óãîëü, íåôòü, áåíçèí) ñîäåðæèò óãëåðîä. Ïðè ãîðåíèè àòîìû óãëåðîäà ñîåäèíÿþòñÿ ñ àòîìàìè êèñëîðîäà, ñîäåðæàùåãîñÿ â âîçäóõå, â ðåçóëüòàòå ÷åãî îáðàçóþòñÿ ìîëåêóëû óãëåêèñëîãî ãàçà. Êèíåòè÷åñêàÿ ýíåðãèÿ ýòèõ ìîëåêóë îêàçûâàåòñÿ áîëüøåé, ÷åì ó èñõîäíûõ ÷àñòèö. Óâåëè÷åíèå êèíåòè÷åñêîé ýíåðãèè ìîëåêóë â ïðîöåññå ãîðåíèÿ íàçûâàþò âûäåëåíèåì ýíåðãèè. Ýíåðãèÿ, âûäåëÿþùàÿñÿ ïðè ïîëíîì ñãîðàíèè òîïëèâà, è åñòü òåïëîòà ñãîðàíèÿ ýòîãî òîïëèâà.
Òåïëîòà ñãîðàíèÿ òîïëèâà çàâèñèò îò âèäà òîïëèâà è åãî ìàññû. ×åì áîëüøå ìàññà òîïëèâà, òåì áîëüøå êîëè÷åñòâî òåïëîòû, âûäåëÿþùåéñÿ ïðè åãî ïîëíîì ñãîðàíèè.
Ôèçè÷åñêàÿ âåëè÷èíà, ïîêàçûâàþùàÿ, êàêîå êîëè÷åñòâî òåïëîòû âûäåëÿåòñÿ ïðè ïîëíîì ñãîðàíèè òîïëèâà ìàññîé 1 êã, íàçûâàåòñÿ óäåëüíîé òåïëîòîé ñãîðàíèÿ òîïëèâà. Óäåëüíóþ òåïëîòó ñãîðàíèÿ îáîçíà÷àþò áóêâîé q è èçìåðÿþò â äæîóëÿõ íà êèëîãðàìì (Äæ/êã).
Êîëè÷åñòâî òåïëîòû Q, âûäåëÿþùååñÿ ïðè ñãîðàíèè m êã òîïëèâà, îïðåäåëÿþò ïî ôîðìóëå:
Q = qm.
×òîáû íàéòè êîëè÷åñòâî òåïëîòû, âûäåëÿþùååñÿ ïðè ïîëíîì ñãîðàíèè òîïëèâà ïðîèçâîëüíîé ìàññû, íóæíî óäåëüíóþ òåïëîòó ñãîðàíèÿ ýòîãî òîïëèâà óìíîæèòü íà åãî ìàññó.
Источник