1. При каком условии начинается кристаллизация жидкости?
Кристаллизация жидкости начинается, когда её температура достигает температуры кристаллизации (или температуры плавления в обратном процессе) и в системе появляются центры кристаллизации, к которым присоединяются частицы вещества.
2. Почему при кристаллизации жидкости происходит резкий переход от неупоря-доченного расположения частиц к упорядоченному?
При кристаллизации происходит резкий переход от хаотичного расположения частиц к упорядоченной кристаллической решётке, так как силы межмолекулярного взаимодействия стремятся организовать частицы в энергетически выгодное состояние. Как только в жидкости появляются зародыши кристаллов, процесс идёт лавинообразно.
3. Почему кристаллизация и плавление происходят при определённой температуре?
Кристаллизация и плавление происходят при определённой температуре, так как в этот момент устанавливается термодинамическое равновесие между жидкой и твёрдой фазами. Вещества имеют строго определённое количество энергии, необходимое для разрушения или формирования кристаллической структуры.
4. Почему при отвердевании жидкого парафина его объём уменьшается?
При отвердевании жидкого парафина его объём уменьшается, так как в твёрдом состоянии молекулы занимают более плотное расположение, чем в жидком. Это связано с тем, что межмолекулярные силы в твёрдом теле располагают частицы в более компактной форме.
5. Почему вода замерзает на поверхности водоёмов? (Благодаря этому не замерзают живые существа в водоёмах.)
Вода замерзает на поверхности водоёмов, потому что лёд имеет меньшую плотность, чем жидкая вода. При охлаждении вода достигает максимальной плотности при +4 °C и опускается вниз, а более холодная вода остаётся на поверхности и замерзает, образуя лёд. Лёд обладает низкой теплопроводностью, что защищает глубинные слои воды от полного промерзания, позволяя живым существам выживать в водоёме зимой.
1. Медная гиря массой 1 кг (c = 390 Дж/(кг • К)), температура которой 500 °C. поме-щается на льдину, имеющую температуру 0 °C. Какую массу льда расплавит гиря?
Количество теплоты, которое отдаст медная гиря при охлаждении: Q = c * m * ΔT Q = 390 * 1 * (500 - 0) = 195000 Дж
Количество теплоты, необходимое для плавления льда: Q = λ * m, где λ = 330000 Дж/кг
m = Q / λ = 195000 / 330000 ≈ 0,59 кг
Ответ: 0,59 кг льда расплавится.
2. Через какой промежуток времени под лучами весеннего солнца расплавится кусок льда площадью 2 м2 и толщиной 1 см, имеющий температуру 0 С? Энергия солнечного излучения, падающего на единицу площади за единицу времени, равна 350 Вт/м2.
Объём льда: V = S * h = 2 * 0,01 = 0,02 м³ Масса льда: m = ρ * V = 900 * 0,02 = 18 кг
Энергия, необходимая для плавления: Q = λ * m = 330000 * 18 = 5940000 Дж
Мощность солнечного излучения: P = 350 * 2 = 700 Вт = 700 Дж/с
Время: t = Q / P = 5940000 / 700 ≈ 8486 с ≈ 2,36 ч
Ответ: примерно 2,36 часа.
3. Какое количество теплоты требуется для превращения 1 кг льда, находящегося при температуре t1 = -10 °C и при нормальном атмосферном давлении, в пар при температуре t2 = 110 °С?
Нагрев льда до 0°C: Q1 = c_л * m * ΔT = 2100 * 1 * (0 - (-10)) = 21000 Дж
Плавление льда: Q2 = λ * m = 330000 * 1 = 330000 Дж
Нагрев воды до 100°C: Q3 = c_в * m * ΔT = 4200 * 1 * (100 - 0) = 420000 Дж
Парообразование: Q4 = L * m = 2260000 * 1 = 2260000 Дж
Нагрев пара до 110°C: Q5 = c_п * m * ΔT = 2000 * 1 * (110 - 100) = 20000 Дж
Общее количество теплоты: Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 = 21000 + 330000 + 420000 + 2260000 + 20000 = 3053000 Дж
Ответ: 3,05 МДж.
4. Две одинаковые льдинки летят навстречу друг другу с равной скоростью и при абсолютно неупругом ударе превращаются в пар при температуре 100 °C. Тем-пература льдинок до удара -10 °C. Определите скорость льдинок до удара. Удельная теплоёмкость льда 2,1 • 10^3 Дж/(кг • К).
Дано: Температура льдинок до удара: -10 °C Удельная теплоёмкость льда: 2,1 * 10³ Дж/(кг•К) Удельная теплота плавления льда: 3,4 * 10⁵ Дж/кг Удельная теплоёмкость воды: 4,2 * 10³ Дж/(кг•К) Удельная теплота парообразования воды: 2,26 * 10⁶ Дж/кг
Решение: Кинетическая энергия двух льдинок переходит в их внутреннюю энергию:
(m * v²) / 2 = c1 * m * (t2 - t1) + λ * m + c2 * m * (t3 - t2) + L * m
Сократим массу m:
(v²) / 2 = c1 * (t2 - t1) + λ + c2 * (t3 - t2) + L
Подставим численные значения:
(v²) / 2 = (2,1 * 10³) * (0 - (-10)) + (3,4 * 10⁵) + (4,2 * 10³) * (100 - 0) + (2,26 * 10⁶)
(v²) / 2 = (2,1 * 10³ * 10) + 3,4 * 10⁵ + (4,2 * 10³ * 100) + 2,26 * 10⁶
(v²) / 2 = 2,1 * 10⁴ + 3,4 * 10⁵ + 4,2 * 10⁵ + 2,26 * 10⁶
(v²) / 2 = 3,041 * 10⁶
v² = 6,082 * 10⁶
v = √(6,082 * 10⁶) ≈ 2462 м/с = 2,46 км/с
Ответ: 2,46 км/с.
5. Закрытый сосуд наполовину наполнен водой при температуре О С. Какая часть воды замёрзнет, если откачивать воздух из сосуда? Удельная теплота парообра-зования воды 2,26 МДж/кг, удельная теплота плавления льда 0,34 МДж/кг.
Дано:
температура воды 0 градусов удельная теплота парообразования воды 2 260 000 Дж/кг удельная теплота плавления льда 340 000 Дж/кг Шаги решения:
При откачке воздуха вода начинает испаряться. Для этого требуется энергия, которая берётся из оставшейся воды, заставляя её замёрзнуть.
Пусть m — масса воды в сосуде, x — часть воды, которая замёрзнет, а (1 - x) — часть, которая испарится.
Энергия, необходимая для испарения: (1 - x) * m * 2 260 000
Энергия, выделяющаяся при замерзании: x * m * 340 000
Приравниваем: x * m * 340 000 = (1 - x) * m * 2 260 000 x * 340 000 = (1 - x) * 2 260 000 x * 340 000 + x * 2 260 000 = 2 260 000 x * (340 000 + 2 260 000) = 2 260 000 x = 2 260 000 / 2 600 000 x ≈ 0,87
Ответ: замёрзнет 87% воды.