Задание №14 — ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ

Решение. Проанализируем график зависимости температуры $t$ вещества от времени нагревания $\tau$. По условию задачи первоначально вещество находилось в твёрдом состоянии.

1) Участок от начала нагрева до точки 2: происходит нагревание вещества в твёрдом состоянии. В точке 2 вещество достигает температуры плавления, но ещё не начало плавиться. Следовательно, в точке 2 вещество всё ещё находится в твёрдом состоянии. Утверждение №1 неверно.

2) Участок 2–4: это горизонтальный участок, на котором температура не меняется, несмотря на продолжающийся подвод тепла. Это процесс плавления. В точке 2 вещество твёрдое, в точке 4 — полностью жидкое, а в промежуточной точке 3 сосуществуют две фазы (твёрдая и жидкая). Поскольку нагреватель работает постоянно, вещество получает количество теплоты $Q > 0$. Согласно первому закону термодинамики, это тепло идёт на увеличение внутренней энергии системы (разрушение кристаллической решётки). Значит, при переходе из состояния 3 в состояние 4 внутренняя энергия увеличивается. Утверждение №2 верно.

3) Сравнение удельных теплоёмкостей: Удельная теплоёмкость $c$ обратно пропорциональна тангенсу угла наклона графика к оси времени (при одинаковой мощности нагрева $P$ и массе $m$): $c = \frac{P}{m \cdot \frac{\Delta t}{\Delta \tau}}$. На графике видно, что наклон участка нагрева твёрдого тела (до точки 2) круче, чем наклон участка нагрева жидкости (после точки 4). Это означает, что при одинаковом подводе тепла твёрдое тело нагревается быстрее, а значит, его удельная теплоёмкость меньше, чем у жидкости. Утверждение №3 неверно.

4) Процесс испарения: Испарение — это переход молекул с поверхности жидкости в газообразную фазу. Этот процесс происходит при любой температуре, пока вещество находится в жидком состоянии (участок 2–4, где появляется жидкость, и далее). Горизонтальный участок 2–4 соответствует плавлению, а не кипению (интенсивному испарению во всём объёме). Утверждение №4 неверно.

5) Температура плавления: Как было установлено ранее, горизонтальный участок 2–4 соответствует фазовому переходу «твёрдое тело — жидкость». Температура, при которой происходит этот процесс, называется температурой плавления. По графику эта температура равна $t_2$. Утверждение №5 верно.

Таким образом, верными являются утверждения 2 и 5.

Ответ: 25

Источник: ФИПИ