Задание №14 — ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ

Решение.

Проанализируем график зависимости температуры $t$ вещества от полученного количества теплоты $Q$. По условию, в начальной точке (точка А) вещество находится в твёрдом состоянии.

1) Участок АБ: Происходит нагревание твёрдого вещества от начальной температуры до температуры $t_1$.
2) Участок БВ: Температура остаётся постоянной ($t_1$), несмотря на подведение тепла. Это соответствует фазовому переходу — плавлению твёрдого вещества. Следовательно, $t_1$ — температура плавления. В точке Б вещество ещё твёрдое, в точке В — уже полностью жидкое.
3) Участок ВГ: Происходит нагревание вещества в жидком состоянии от температуры $t_1$ до $t_2$.
4) Участок ГД: Температура снова перестаёт расти и остаётся равной $t_2$. Это соответствует второму фазовому переходу — кипению жидкости. Следовательно, $t_2$ — температура кипения.

Теперь проверим предложенные утверждения:

1) Удельная теплоёмкость вещества в твёрдом состоянии меньше удельной теплоёмкости вещества в жидком состоянии.
Формула количества теплоты при нагревании: $Q = c \cdot m \cdot \Delta t$, откуда удельная теплоёмкость $c = \frac{Q}{m \cdot \Delta t}$. На графике видно, что для нагрева твёрдого тела (АБ) на интервал $\Delta t = t_1 - 0$ потребовалось больше теплоты $Q$, чем для нагрева жидкости (ВГ) на такой же интервал $\Delta t = t_2 - t_1$ (отрезок АБ по горизонтали длиннее отрезка ВГ). Значит, удельная теплоёмкость в твёрдом состоянии больше, чем в жидком. Утверждение неверно.

2) Температура плавления вещества равна $t_2$.
Как мы определили выше, плавление происходит на первом горизонтальном участке (БВ) при температуре $t_1$. Температура $t_2$ соответствует кипению. Утверждение неверно.

3) Точка Б соответствует жидкому состоянию вещества.
В точке Б вещество только начинает плавиться, оно ещё находится в твёрдом состоянии (кристаллическая решётка начинает разрушаться). Жидким оно станет только в точке В. Утверждение неверно.

4) В процессе перехода из состояния Б в состояние В внутренняя энергия вещества увеличивается.
На участке БВ вещество получает количество теплоты $Q$. Согласно первому закону термодинамики, это тепло идёт на изменение внутренней энергии и совершение работы. Так как вещество плавится, подводимая энергия тратится на разрушение кристаллической решётки, что ведёт к росту потенциальной энергии молекул и, следовательно, всей внутренней энергии. Утверждение верно.

5) Участок графика ГД соответствует процессу кипения вещества.
Это второй горизонтальный участок, где температура стабилизировалась после нагрева жидкости. Это соответствует фазовому переходу "жидкость — пар". Утверждение верно.

Ответ: 45

Источник: ФИПИ