Задание №14 — ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ

Решение.

Проанализируем график зависимости температуры $t$ вещества от времени $\tau$. По условию задачи вещество изначально находилось в жидком состоянии и подвергалось непрерывному охлаждению (отводу тепла).

1. Участок 1–2: Температура жидкости падает от $t_1$ до $t_2$. Это процесс охлаждения вещества в жидком агрегатном состоянии.
2. Участок 2–3: Температура остаётся постоянной и равной $t_2$, несмотря на то что тепло продолжает отводиться. Это характерный признак фазового перехода. Так как вещество охлаждается, происходит процесс кристаллизации (отвердевания). В точке 2 вещество ещё жидкое, а в точке 3 оно полностью перешло в твёрдое состояние. Температура $t_2$ является температурой кристаллизации, которая для чистого вещества совпадает с температурой плавления.
3. Участок 3–4–5: После завершения кристаллизации (точка 3) температура снова начинает падать. Это процесс охлаждения вещества в твёрдом состоянии.

Проверим предложенные утверждения:

1) Точка 4 на графике соответствует твёрдому состоянию вещества.
Как было сказано выше, процесс кристаллизации завершился в точке 3. Весь участок после точки 3 соответствует твёрдому агрегатному состоянию. Следовательно, в точке 4 вещество твёрдое. Утверждение верно.

2) Внутренняя энергия вещества при переходе из состояния 2 в состояние 3 не изменяется.
На участке 2–3 происходит кристаллизация. При переходе из жидкого состояния в твёрдое связи между молекулами становятся прочнее, и вещество выделяет энергию в окружающую среду. Поскольку тепло отводится, внутренняя энергия вещества уменьшается. Утверждение неверно.

3) Точка 1 на графике соответствует началу процесса отвердевания жидкости.
В точке 1 вещество только начинает охлаждаться, находясь в жидком состоянии. Процесс отвердевания начинается только при достижении температуры кристаллизации $t_2$, то есть в точке 2. Утверждение неверно.

4) Внутренняя энергия вещества при переходе из состояния 4 в состояние 5 увеличивается.
На участке 4–5 происходит охлаждение твёрдого тела. Температура падает, теплота отводится от тела. Следовательно, кинетическая энергия движения молекул уменьшается, и внутренняя энергия вещества уменьшается. Утверждение неверно.

5) Температура $t_2$ соответствует температуре плавления вещества.
На графике $t_2$ — это температура, при которой происходит фазовый переход (горизонтальный участок). Для кристаллического вещества температура кристаллизации и температура плавления равны. Утверждение верно.

Ответ: 15

Источник: ФИПИ